Саудовские учёные провели ряд экспериментов с солнечными элементами в виде небольшой сферы. Круглая форма фотопреобразователя позволяет лучше улавливать отражённый и рассеянный солнечный свет. Для промышленных солнечных ферм это вряд ли разумное решение, но для целого ряда применений круглые солнечные элементы могут оказаться настоящей находкой.

Nazek El-Atab/KAUST

Группа учёных из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (King Abdullah University of Science and Technology) расширила область своих разработок по созданию солнечных панелей с разной степенью кривизны поверхности новым исследованием. В частности, они собрали солнечный элемент в виде сферы размером с теннисный мяч и провели с ним множество экспериментов. Это позволила сделать технология «гофрирования» плоских солнечных панелей, которая заключается в том, что лазером создаются канавки в кремниевой подложке, которые служат местом безопасного изгиба панелей.

Сравнение работы плоского и сферического элемента одинаковой площади в условиях помещения с искусственным источником солнечного излучения показало, что при прямом освещении сферический солнечный элемент обеспечивает на 24 % большую выходную мощность по сравнению с традиционным плоским солнечным элементом. После нагрева элементов «солнечными лучами» рост преимущества круглого элемента поднимается до 39 %. Это связано с тем, что нагрев снижает КПД панелей, а сферическая форма лучше отдаёт тепло пространству и меньше страдает от нагрева (дольше сохраняет высокое значение КПД).

Если круглый и плоский солнечные элементы собирали исключительно рассеянный свет, то выход мощности с круглого элемента был на 60 % больше, чем получалось от плоского. Более того, правильно подобранный отражающий фон, а учёные экспериментировали с различными природными и искусственными материалами отражателей, давал возможность сферическому солнечному элементу по уровню вырабатываемой энергии опережать плоский на 100 %.

По мнению исследователей, сферические солнечные элементы могут дать толчок развитию Интернета вещей и другой автономной электроники. В комплексе они обещают оказаться дешевле использования плоских солнечных элементов. Круглым солнечным панелям не нужны системы слежения за солнцем. Также они могут оказаться лучше при использовании в помещениях.

На следующем этапе исследований учёные собираются проверить эффективность круглых солнечных панелей в разных уголках Земли в широком спектре возможного освещения. Также они надеются создать сферические солнечные элементы большой площади: от 9 до 90 м². Наконец, учёные собираются исследовать другие формы искривлённой поверхности солнечных элементов, надеясь найти идеальное решение для конкретных областей применения.

Сравнение результатов тестирования одних и тех же систем хранения энергии показывает, что полученные данные имеют значительный разброс в измерениях от одной лаборатории к другой. Это не позволяет объективно оценивать возможности систем хранения энергии и негативно влияет на скорость распространения солнечных ферм. И с этим надо что-то делать.

Shutterstock/Victor Josan

Чтобы вывести качество измерения эффективности систем хранения энергии на новый уровень, в Германии запущен проект «Testbench», который, как ожидается, ляжет в основу мирового стандарта.

Большие и мелкие операторы солнечных электростанций и даже оснащённые солнечными панелями домохозяйства стремятся наиболее эффективно (читай ― с наибольшей экономической отдачей) распорядиться выработанной солнечными панелями энергией. Поскольку эта энергия имеет ярко выраженное непостоянство, системы хранения энергии (аккумулирующие массивы) выходят на передний план. Как выяснилось, сегодня нет стандарта, позволяющего оценить все ключевые параметры таких систем с хорошей повторяемостью результатов тестирования.

Проект Testbench рассчитан на два года (до 31 декабря 2021 года) и финансируется Федеральным министерством экономики и энергетики Германии (BMWi). Исследовательские работы в рамках проекта ведут Fraunhofer IEE, Технологический институт Карлсруэ (KIT), VDE | DKE и TÜV Rheinland. Проект представлен как создание «Метода испытаний для определения эффективности систем хранения солнечной энергии ― от руководящих принципов до стандартов». Повторим, он фокусируется на воспроизводимости и сопоставимости результатов, полученных на различных испытательных стендах партнеров проекта.

Полученные результаты будут включены в работу по стандартизации «Характеристики стационарных систем хранения аккумуляторов» (AK 371.0.9.) Немецкой комиссии по электрическим, электронным и информационным технологиям DIN и VDE (DKE). Поскольку немецкие производители играют и намерены играть одну из главных в мире ролей в производстве систем хранения энергии, результаты исследований будут также включены в международные стандарты.

По данным британских источников, правительство страны собирается одобрить проект строительства крупнейшей солнечной фермы. Проект стоимостью 450 млн фунтов стерлингов должен быть одобрен до конца текущей недели. Если всё пройдёт без осложнений, ферма будет подключена к электросети страны к 2023 году.

Расчётная мощность будущей солнечной электростанции составит 350 МВт. Электричество будут вырабатывать 880 000 солнечных панелей. Проект также предусматривает создание системы резервного хранения энергии для сглаживания пиков потребления и для буферизации ночного потребления, когда солнца нет, и энергия не вырабатывается.

Под солнечную ферму будет выделено 364 гектара земель сельскохозяйственного назначения. Эта площадь окажется достаточной для питания электричеством 91 000 домохозяйств. Строительством электростанции и инфраструктуры будут заниматься компании Wirsol Energy и Hive Energy. По их мнению, графства Кент и Свейл от продажи электроэнергии солнечной станции смогут дополнительно получать до 1 млн фунтов стерлингов. Сама электростанция будет располагаться недалеко от города Фавершама в Кенте.

Согласно ожиданиям сторонников «зелёной» энергетики, к 2030 году в Великобритании совокупная мощность солнечных ферм достигнет мощности 27 ГВт. Вероятно, с продовольственной безопасностью в стране всё в полном порядке, раз плодородные земли отводятся под проекты с пока ещё сомнительной эффективностью.

Три дня назад ракета-носитель Atlas V унесла на орбиту Земли военный автоматический мини-шаттл X-37B. Это шестой успешный полёт «космического самолёта», как ещё называют этот многоразовый аппарат. Большинство задач миссии X-37B решаются по военным программам и засекречены, но не все. В этот раз мини-шаттл вывел на орбиту прототип фотоэлектрического модуля для передачи на землю солнечной энергии в виде микроволнового излучения.

Автоматический мини-шаттл X-37B

Об эксперименте с передачей энергии сообщила Военно-морская исследовательская лаборатория США (NRL), в недрах которой разработан экспериментальный модуль PRAM (Photovoltaic Radio-frequency Antenna Module). Опытный фотоэлектрический модуль с радиочастотной антенной представляет собой блок со сторонами 30 см. Блок оснащён обычными фотоэлектрическими преобразователями (солнечными элементами), которые преобразуют падающий на них солнечный свет в электрическую энергию.

Полученная модулем на орбите энергия преобразуется в микроволновое излучение и будет передаваться на приёмник, находящийся на земле. Приёмник он же генератор преобразует микроволновое излучение в электричество и отдаст его потребителям. В космосе полученную таким образом энергию можно передавать по лазерному лучу, например, с помощью мощного инфракрасного лазера, но земная атмосфера без значительного поглощения может пропустить только микроволновое излучение.

Запланированный лабораторией NRL эксперимент призван в реальных условиях изучить на прототипе процесс преобразования энергии, тепловые характеристики процессов и эффективность технологии. Подобные методы передачи энергии с орбиты, где солнце светит 24 часа в сутки и под одним и тем же оптимальным углом к солнечной панели, могут помочь в обеспечении электричеством отдалённых уголков планеты, например, военные базы или зоны бедствий.

Опытный фотоэлектрический модуль с радиочастотной антенной (NRL)

Основываясь на результатах PRAM, следующим шагом станет создание полнофункциональной системы-прототипа с установкой на спутник. Также на следующем этапе будет создан канал для отправки энергии на Землю. Нет сомнения, что превращение такой технологии в крупномасштабный коммерческий источник энергии может занять десятилетия, и он долго будет чрезвычайно дорогим, но для ряда задач быстрое развёртывание силовых установок на Земле с неограниченной энергией может оказаться соразмерно затратам.

Из-за пандемии коронавируса выработка энергии из возобновляемых источников в США в течение 40 дней превышала производство энергии от сжигания угля, сообщается в отчёте Института экономики энергетики и финансового анализа (Institute for Energy Economics and Financial Analysis, IEEFA), основанном на данных из правительственных источников.

REUTERS/Toby Melville

В период с 25 марта по 3 мая солнечные, ветряные и гидроэлектростанции вместе производили ежедневно больше электроэнергии, чем электростанции, работающие на угле, сообщил IEEFA.

Согласно отчёту, рост спроса на возобновляемые источники энергии обусловлен сезонным увеличением производства дешёвой солнечной и вырабатываемой гидроэлектростанциями энергии, а также общим снижением спроса на электроэнергию, вызванным распоряжением властей оставаться дома из-за коронавируса.

Уголь, как правило, является первым источником энергии, которым прекращают пользоваться коммунальные предприятия, когда падает спрос на электроэнергию. Это связано с тем, что благодаря субсидиям возобновляемые источники дешевле и к тому же зачастую поддерживаются государственными программами.

В свою очередь, Министерство энергетики США предупредило, что чрезмерная зависимость от энергии солнца и ветра может снизить надёжность энергосистемы, потому что её выработка не отличается стабильностью, а электростанции, работающие на ископаемом топливе, которое может храниться на складах, более надёжны.

Думаете, сегодня проблемы только у нефтяников? Возобновляемая энергетика тоже покатилась вспять. Всё время сфера добычи электричества с использованием возобновляемых источников держалась на огромных субсидиях. Но  правительства в условиях экономической нестабильности и пандемии не могут позволить лишние траты на поддержание заведомо неэффективных проектов. В 2019 году прирост генерирующих мощностей впервые снизился, и это повторится в 2020 году.

Расширение генерирующих мощностей, использующих возобновляемые источники, продолжалось непрерывно с 2003 года. В прошлом году правительства почти всех стран в Азиатском регионе начали сокращать субсидии в развитие этой отрасли. Как результат, в 2019 году годовой прирост «зелёных» генерирующих мощностей впервые за 17 лет снизился, хотя сокращение составило всего 2 %. В этом году возобновляемую энергетику ждёт удар со стороны пандемии коронавируса, который ещё сильнее затормозит развитие отрасли.

По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, которые приводит издание Nikkei, в 2019 году во всем мире было добавлено 176 ГВт возобновляемых генерирующих мощностей, из которых 97,68 ГВт составили солнечные электростанции. По первой позиции годовое сокращение составило 2 %, по второй ― 2,5 %.

Основной вклад в замедление роста «зелёных» мощностей внесла Азия. В 2019 году в регионе добавилось на 12 % меньше возобновляемых генерирующих мощностей, чем в 2018 году. В Китае и Японии произошло снижение на 15  % и 40 % соответственно. Стимулы закончились, и интерес инвесторов пропал. За все прошедшие годы японским налогоплательщикам льготные тарифы обошлись в 2 трлн иен ($18,6 млрд). Тем не менее, правительство Японии планирует внедрить механизм премиальных надбавок производителям «зелёной» энергии сверх рыночных ставок. Китай же сократил государственные субсидии на возобновляемые источники энергии.

Пандемия внесла свои коррективы в возобновляемую энергетику. Ведущий мировой производитель ветряных турбин датская компания Vestas из-за вспышки коронавируса остановила производство на двух испанских заводах. Её конкурент компания Siemens Gamesa Renewable Energy приостановила работу на шести из десяти своих испанских заводов.

В Китае в феврале уровень загруженности заводов для производства солнечных панелей упал примерно до 60 %. Правда, с тех пор загруженность восстановилась, но игнорировать значение этого спада невозможно — в мировом объёме производства солнечных панелей на долю Китая приходится до 70 % этой продукции. 

С ветряными турбинами есть ещё одна сложность — установка ветряных генераторов без риска возможна только в летний период, когда вероятность штормов минимальна. Это означает, что многие проекты, запланированные на это лето, могут быть отложены до следующего года. Вложенные деньги зависнут и не принесут инвесторам выгоды.

Наконец, мир всё ещё не готов к приходу массовой «зелёной» энергетики. Периодический характер выработки возобновляемой энергетики означает, что линии электропередачи надо модернизировать и разводить немного по-иному. Также предприятиям и домохозяйствам необходимо запасаться аккумуляторами и домашними подсистемами питания для разгрузки энергосетей в час-пик и для питания в ночные часы и во время отсутствия ветра.

Сегодня внимательное отношение к своему здоровью подразумевает ношение фитнес-трекера, но в будущем количество датчиков может увеличиться настолько, что вопрос электропитания этого зоопарка сенсоров выйдет за рамки возможностей аккумуляторов. Решить вопрос с автономным питанием носимой электроники могут технологии сбора энергии из окружающего пространства. Одна из них использует в качестве источника энергии для гаджетов обычный пот человека.

Прототип биотопливтного источника питания от пота человека (Caltech)

Исследователи из Калифорнийского технологического института задались вопросом, может ли пот стать «топливом» для источников питания носимой электроники? В ходе экспериментов выяснилось, что это возможно.

Исследователи создали и испытали гибкую оболочку, которая крепится к коже наподобие пластыря и способна обеспечить питанием носимые датчики вплоть до поддержки модулей беспроводной связи по протоколам Bluetooth — а это уже не шутка. Оболочка или плёнка с контактами из углеродных нанотрубок с катализаторами из соединения платины и кобальта содержит также фермент, расщепляющий продукты метаболизма в поте человека.

Лактат или молочная кислота разлагается в слое пластыря с контактами, который имеет строение композитной сетки. В слое происходит смешение молочной кислоты с воздухом и ферментом, что ведёт к образованию воды и пирувата. Получившийся биотопливный элемент уверенно и непрерывно проработал 60 часов. Один квадратный сантиметр элемента (пластыря) может вырабатывать до 35 мВт энергии. Этого достаточно для поддержки работы носимых датчиков, некоторых электронных протезов и для питания человеко-машинного интерфейса. Но всё это в будущем. А пока технологию предстоит развить и довести до коммерческого уровня, на что потребуется немало времени.

Добавим, статья о разработке опубликована в журнале Science Robotics. Она свободна для прочтения и доступна по этой ссылке.

Жаль, что законы физики не позволяют сделать вечный двигатель. Но это не означает, что потерями нельзя воспользоваться для повторной выработки энергии. Группа учёных из Уханьского университета в Китае создала гидрогелевый пластырь, который не только охлаждает электронику, но попутно вырабатывает электричество в процессе охлаждения.

Перегрев ― это бич электроники и мусорное тепловое излучение. Между тем, термоэлектрические элементы — далеко не новость. Для китайских учёных стало вызовом объединить охлаждающие и вырабатывающие энергию модули в единое и автономно работающее устройство или, точнее, создать метаматериал с комбинацией из этих свойств.

В ходе экспериментов был разработан материал в виде пластыря или тонкой плёнки с каркасной структурой, содержащей особый гидрогель. Каркас материала представлен такой органической полимерной структурой, как полиакриламид. В каркасе содержится насыщенная ионами вода.

В процессе нагрева теплоотводящей плёнки в ней возникают два явления. Во-первых, происходит испарение воды и снижение температуры материала и охлаждаемой им нагретой поверхности. Во-вторых, находящиеся в воде ионы ― феррицианид и ферроцианид ― начинают процесс переноса заряжённых частиц от одного электрода к другому. Иначе говоря, между электродами начинает течь электрический ток.

В ходе опытов с быстрой разрядкой аккумулятора для смартфона приклеенный к одной стороне аккумулятора пластырь с гидрогелем толщиной 2 мм охладил батарею на 20 °C. При этом пластырь произвёл генерацию электричества мощностью 5 мкВт. Этой энергии может хватить на питание системы мониторинга батареи или для системы дополнительного отвода тепла. Уровень воды в составе материала, что важно, восстанавливается самостоятельно. Вода абсорбируется из окружающего воздуха, когда система прекращает работу или высыхает до состояния запуска процесса поглощения.

Интересная разработка. Осталось понять, есть ли у неё коммерческие перспективы. Но об этом пока неизвестно. Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nano Letters.

Исследователи давно мечтают о солнечных панелях для остекления фасадов зданий и для обычных оконных проёмов. Это означает, что здания и их обитатели получат доступ к условно бесплатной электроэнергии из возобновляемых источников. Оконные стёкла с функцией выработки электричества сэкономят огромные площади за счёт сравнительно небольшого увеличения вложений на этапе строительства. Помочь в этом может новая технология, разработанная в Австралии.

Типичный фасад многоэтажного здания. Сколько места пропадает зря.

Функцию окон и остекления фасадов могут выполнять солнечные панели, которые частично пропускают свет. Традиционно окна в многоэтажных зданиях офисного назначения тонируют, что особенно актуально в странах с жарким климатом. Исследователи из Университета Монаша совместно с группой учёных из Австралийского национального научного агентства CSIRO под руководством представителей Центра передовых технологий ARC решили, что привычную тонировку вполне можно заменить остеклением с функцией выработки электричества. Разработанные таким образом стёкла-панели пропускали от 10 до 30 % света, что сопоставимо с обычным тонированием стекла.

Частично пропускающие свет панели показали эффективность в пределах от 15 до 20 %. Например, при эффективности 17 % через солнечные панели для остекления проходило более 10 % падающего видимого света. Это показатели, которые открывают потенциальную возможность для появления в зданиях окон с возможностью вырабатывать электроэнергию. С этой целью исследователи начали совместную работу над коммерческим продуктом с крупнейшим австралийским производителем стекла компанией Viridian Glass.

«Разработка таких солнечных окон предоставляет возможность, которая может привести в будущем к новшествам в технологиях остекления», ― сказала представитель Viridian Glass Джатин Ханна (Jatin Khanna). «Хотя до того, как мы увидим первое коммерческое применение, может пройти до 10 лет, в зависимости от того, насколько хорошо технология масштабируется».

По мнению учёных, новая технология стоит потраченных на неё усилий. С каждого квадратного метра «солнечного» стекла можно вырабатывать до 140 Вт электричества. Секрет изобретения кроется в использовании в солнечных панелях-окнах перовскита и органического материала poly-VNPB для увеличения стабильности панели вместо традиционного в таких случаях Spiro-OMeTAD. Статья об этой работе будет опубликована в мае в журнале Nano Energy, но есть бесплатный доступ к предварительной публикации.

На этом исследователи не остановились и начали изучать возможность создания тандемных конструкций солнечных стёкол, когда вместе соединяются два типа ячеек для сбора энергии от разных диапазонов излучения и для повышения КПД.

Очевидным образом все производители солнечных панелей в мире проиграли китайцам. Выпускать так много и так дёшево, как в Китае, сегодня не может никто. Это вредит как национальным производителям, так и тормозит развитие технологий по добыче энергии из этого возобновляемого ресурса. Сегодня в Европе решили, что с таким положением дел необходимо кончать, и поможет в этом европейский проект HighLite.

Проект HighLite запущен в рамках финансирования по программе ЕС Horizon2020. Он рассчитан на три года и предусматривает затраты в объёме 12,9 млн евро. Координатором проекта стал бельгийский исследовательский центр Imec. В целом в проект вовлечены девять европейских исследовательских институтов и восемь производителей из всей цепочки изготовления солнечных панелей от выпуска соответствующего производственного оборудования до производства элементов панелей и создания конструкций со встроенными панелями.

Размах мероприятия до сегодняшнего дня небывалый. Европейцы намерены создать собственные национальные производства всех уровней сложности и вернуть себе хотя бы часть рынка солнечных панелей. Выпускать солнечные панели дешевле чем китайцы они явно не смогут. В этом они отдают себе отчёт. Поэтому решено брать качеством и экологичностью. Будущие европейские солнечные элементы и панели должны иметь самый высокий КПД из возможных и оставлять меньший так называемый углеродный след.

По ожидаемой эффективности будущих панелей информации пока нет, хотя опорные цифры исследователи вполне могли предоставить, а по снижению углеродного следа кое-что нам сообщили. Так, европейские панели будут создаваться из сверхтонкого кристаллического кремния толщиной до 100 микрон. Это примерно в два раза тоньше, чем у современных китайских и других солнечных панелей. Снижение толщины панели в два раза обещает снизить расходы на производство и материальные ресурсы.

Также будущие европейские панели будут иметь повышенный рабочий ресурс и поддаваться вторичной переработке. Повышение рабочего ресурса, в частности, должно произойти за счёт использования так называемой технологии пассивации контактов. Эта технология сродни защите металлов от коррозии за счёт покрытия оксидными плёнками, нейтральными к внешним воздействиям. Между металлическими контактами и пластиной создаётся тончайшая оксидная плёнка, продлевающая срок работы солнечной панели. Европейцы утверждают, что знают толк в этой технологии.

Что же, фактически европейские исследователи должны за три года совершить небольшую революцию в отрасли, если они хотят отнять часть рынка у китайцев. Неужели у них получится? Будем надеяться, ведь конкуренция это хорошо.

Для некоторых применений классические аккумуляторы оказываются слишком тяжёлыми и не эффективными, например, для роботов или устройств Интернета вещей. На этот случай учёные предложили систему питания, которая буквально поглощает металл из окружения, а для химических реакций с ним использует кислород из воздуха. Плотность энергии таких батарей оказывается до 13 раз больше, чем у литий-ионных аккумуляторов.

Идея «вывернуть» аккумулятор наизнанку ― превратить в анод металл во внешней среде и использовать кислород из воздуха ― пришла в голову команде исследователей из Университета Пенсильвании. Свою разработку они назвали метало-воздушным мусорщиком (MAS). Конструкция системы питания MAS по-прежнему имеет компоновку классической батареи, включая катод, анод и электролит. Но главная хитрость в том, что анодом будет любая металлическая поверхность, по которой эта система будет передвигаться.

Катод батареи выполнен из углерода и покрыт политетрафторэтиленом (ПТФЭ) с вкраплениями нанобусинок из платины. Электролит представляет собой гидрогель, содержащий соленую воду (система должна содержать резервуар с солёной водой, которая расходуется по мере движения устройства по металлической поверхности). При движении батарейной конструкции по металлической поверхности происходит окисление металла (анода) и восстановительная реакция в катоде с привлечением кислорода из окружающего воздуха. Иначе говоря, идут те же реакции, что в обычном аккумуляторе.

«У нашей MAS плотность мощности в 10 раз выше, чем у лучших харвестеров [систем по добыче энергии из окружающей среды, — прим. ред.], и мы можем конкурировать с батареями, ― сказал Джеймс Пикуль, ведущий исследователь проекта. — Система использует химию батареи, но не имеет соответствующего веса, потому что берет химические вещества из окружающей среды».

«Плотность энергии — это отношение доступной энергии к весу, который необходимо нести, ― говорит Пикуль. — Даже принимая во внимание вес дополнительной воды, MAS имеет в 13 раз большую плотность энергии чем у литий-ионного аккумулятора, потому что транспортное средство несло только гидрогель и катод, а не металл или кислород, которые обеспечивали выработку энергии».

В процессе движения питающей системы по металлу возникает слой ржавчины, но он не толще 100 микрон и не ведёт к существенным структурным повреждениям. Одним из применений подобной системы может быть питание датчиков на транспортных контейнерах. Наконец, воду для электролита можно добывать из воздуха, повышая автономность подобных систем питания.

По мере расширения научных работ в области преобразования солнечной энергии в электричество эффективность солнечных ячеек неуклонно растёт. И уж тем более растут показатели эффективности элементов, созданных в лабораториях. Новый рекорд в этой области поставили учёные из США. КПД нового солнечного элемента составил 47,1 %. Впрочем, не всё так просто. Для этого придётся создать особые условия.

Солнечный элемент с перовскитом команды из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца

О достижении рекордного показателя эффективности солнечной ячейки сообщила группа учёных из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) из Колорадо. Статья об этом исследовании опубликована в журнале Nature Energy (доступ платный). Представленная учёными ячейка показывает КПД 47,1 % только в том случае, если источник света сфокусирован и падает на неё с интенсивностью, которая в 143 раза превышает обычную солнечную активность. В условиях освещения обычным солнечным светом КПД опытного элемента достигает 39,2 %.

Как мы видим, последнее значение далеко от рекордных показателей в повседневных условиях. В то же время никто не мешает использовать вместе с предложенными учёными NREL ячейками систему зеркал для фокусирования солнечного света. Это вопрос цены и себестоимости, но главное, что новое исследование помогает двигаться дальше по пути поиска наиболее эффективных решений для получения энергии из возобновляемых источников.

Вкратце о новой ячейке. Она очень сложная. Фотоэлемент толщиной меньше человеческого волоса состоит из 140 слоёв из целого спектра химических элементов из III-V групп таблицы Менделеева. Все они разбиты на шесть чередующихся и соединённых фотоактивных слоёв, что дало название этой разработке ― шести-переходная III-V солнечная ячейка. Выглядит очень сложно и дорого, хотя слои чрезвычайно тонкие и наносятся напылением или осаждением в вакууме. Будет интересно проследить за разработкой.

Ещё одно исследование, информация о котором попала на страницы журнала Joule (доступ к статье свободный), говорит о достижении команды из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Helmholtz Zentrum Berlin, HZB). Исследователи из HZB создали солнечный элемент с КПД 24,16 %. Немного, но группа изучила новые варианты создания так называемых тандемных элементов, когда ячейка собирается из двух разных слоёв, каждый из которых нацелен на работу со своим диапазоном освещения, например, один преобразует энергию инфракрасного излучения, а второй ― видимого.

Исследователи создали один слой из перовскита, а второй из комбинации меди, индия, галлия и селена, который они назвали CIGS. Вначале осаждается слой CIGS толщиной от 3 до 4 микрометров, а затем на поверхность наносится слой перовскита толщиной всего 0,5 микрометра. Перовскит взаимодействует с видимым диапазоном, а CIGS ― с инфракрасным. Для лучшего контакта между двумя слоями добавлен слой атомов рубидия.

Ценность этого исследования в том, что впервые была опробована комбинация перовскита и слоя CIGS. Необычно малая толщина такого элемента подталкивает к изготовлению гибких солнечных панелей. Например, это было бы ценным для космоса, что удешевило бы вывод на орбиту огромных площадей солнечных элементов питания. Наконец, разработанный элемент оказался стойким к облучению, что для космического применения жизненно важно.

Тема добычи электричества из «воздуха» ― из электромагнитного шума, вибраций, света, влажности и много из чего ещё ― волнует как гражданских исследователей, так и их коллег с погонами. Свой вклад в эту тему внесли учёные из Университета штата Пенсильвания. Из магнитных полей близлежащей электропроводки они смогли добыть электричество мощностью в несколько милливатт, чего достаточно, например, для прямого питания цифрового будильника.

В опубликованной в журнале Energy & Environmental Science статье учёные рассказали о расчётах и об изготовлении специальных преобразователей электромагнитных полей в электрический ток. Добывающий элемент выполнен в виде многослойной тонкой пластины с постоянным магнитом на свободном конце (другой конец пластины надёжно закреплён). Сама пластина состоит из слоя пьезоэлектрика и слоя из магнитострикционного материала (Fe85B5Si10 Metglas).

Магнитострикционный материал интересен тем, что при изменении состояния намагниченности его объём и линейные размеры изменяются. Надоедливое гудение катушек в видеокартах ― это, как правило, магнитострикционные изменения в сердечниках. В переменном магнитном поле обычной электропроводки частотой 50 или 60 Гц пластинка из Metglas начинает вибрировать и деформировать приклеенную к ней пластинку из пьезоэлектрика. В подключённой к пластинам сети начинает течь ток.

Впрочем, магнитострикционный материал в паре с пьезоэлектриком вырабатывает только до 16 % электричества, генерируемого элементом. Основную выработку даёт колебание постоянного магнита в электромагнитном поле. Утверждается, что пиковое напряжение на элементе достигает 80 В в поле силой 300 мкТл. Но самое ценное, что разработанный элемент мог добывать достаточно энергии для прямого питания цифровых часов в поле силой менее 50 мкТл на удалении 20 см от электропроводки.

Свои исследование учёные из Университета штата Пенсильвания вели вместе с исследователями компании Virginia Tech и группой Командования по развитию боевых возможностей армии США.

Усилия по сдерживанию климатических изменений на Земле не дадут должного эффекта, если не бороться с уже сложившимися последствиями. На это направлен новый европейский проект NECOC. В рамках проекта будет создана установка по прямому преобразованию выловленного из атмосферы углекислого газа в твёрдый углерод (сажу). Это не только снизит объём парниковых газов в воздухе, но также даст промышленности ценное сырьё.

Photo: Moritz Leg

В проекте NECOC (NEgative Carbon diOxide to Carbon) основными участниками являются группы и дочерние компании Технологического института Карлсруэ (KIT), Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и ряд европейских центров и лабораторий. Проект финансирует Федеральное министерство экономики и энергетики (BMWi). Бюджет рассчитан на три года и составляет 1,5 млн евро.

Все составные части будущей модульной установки контейнерного типа и необходимые техпроцессы для прямого извлечения из атмосферного воздуха углекислого газа и последующего его превращения в твёрдый гранулированный порошок чистого углерода проверены по отдельности и доказали свою пригодность для практического использования. Осталось собрать всё в единую установку и оптимизировать процессы. Собственно, это главная цель проекта NECOC. Доказать эффективность работы установки полного цикла.

«Наш проектный подход заключается в удалении CO₂ из атмосферы и превращении его в технический углерод, то есть в высокочистый углерод в виде порошка», ― говорит профессор Томас Ветцель из Института технологии термических процессов (TVT) и руководитель лаборатории жидких металлов KALLA Karlsruhe. «Таким образом, опасный парниковый газ будет превращен в сырье для высокотехнологичных применений. Технический углерод может использоваться в электронике, печати или строительстве».

Испытательная установка объединит несколько этапов процесса. Сначала с помощью прямого захвата воздуха из атмосферы будет поглощаться углекислый газ. В микроструктурированном реакторе вместе с возобновляемым водородом углекислый будет превращён в метан и воду. Затем метан подаётся в заполненный жидким оловом пузырьковый реактор. В восходящих пузырьках метана в процессе пиролиза метан разлагается на составляющие ― водород, который снова подаётся в реактор для получения синтетического метана, и твёрдый гранулированный порошок углерода (сажу).

Таким образом, будет убито два пресловутых зайца. Во-первых, атмосфера начнёт очищаться от парникового газа. Во-вторых, для промышленности появится альтернативная возможность добывать ценное сырьё, которое сегодня добывается из ископаемых ресурсов. Вероятно, в будущем подобные установки помогут привести к производству графена в товарных объёмах.

Американской аэрокосмической корпорации Boeing приходится несладко. Проблемы с ошибками в прошивках привели к ряду авиационных катастроф и едва не погубили опытную космическую капсулу Starliner для пилотируемых полётов. Для восстановления репутации компании приходится использовать все средства и поддержка перехода на возобновляемые источники энергии — один из способов этого добиться.

Как сообщает нам официальный пресс-релиз компании, Boeing присоединился к Альянсу покупателей возобновляемой энергии (REBA, Renewable Energy Buyers Alliance). Персональный план компании заключается в том, чтобы к 2025 году сократить выбросы парниковых газов, связанных с её деятельностью, на 25 %. В перспективе Boeing обещает перейти на 100-процентное использование возобновляемых источников энергии.

Альянс REBA представляет собой добровольное объединение крупных покупателей экологически чистой энергии, поставщиков энергии, поставщиков услуг и партнеров из числа неправительственных организаций. Создан он для помощи широкомасштабному и быстрому переходу к более чистому будущему. Компания Boeing не хочет и не может оставаться в стороне от этого процесса.

В настоящий момент два предприятия Boeing ― в Рентоне, штат Вашингтон, и Чарлстоне, штат Южная Каролина ― 100-процентно используют «безуглеродное» электричество. До вхождения в альянс REBA компания девять лет получала награду партнёр года EPA ENERGY STAR, как и занимала 16-е место в списке партнеров по экологическому партнерству EPA Fortune 500.

Расширение программы Boeing по переходу на возобновляемые источники энергии ощутимо скажется на «зелёной» энергетике, ведь штат сотрудников компании сегодня составляет 160 000 человек. Это огромная армия потребителей, не говоря о сопутствующем потреблении производств компании по всему миру.