Гонка «Пушечное ядро» (Canonball) протяжённостью 4800 км от восточного до западного побережья США обычно ассоциируется со скоростью, опасностями, столкновениями с полицией, недостатком сна, отсутствием остановок для отдыха и литрами энергетических напитков. На этот раз всё было по-другому, потому что скорость не была целью энтузиастов, которые построили автомобиль на солнечной энергии и проехали через всю страну за рекордные 13 дней, 15 часов и 19 минут.

Источник изображений: The Verge

Построенный друзьями «солнцемобиль», который они назвали «Солнечный Скиталец» (Sunstrider), состоит из трубчатого каркаса, гофрированного пластика, деталей, напечатанных на 3D-принтере, самодельного аккумуляторного блока на 320 ячеек, трёх двигателей, восьми солнечных панелей и трёх велосипедных колёс. По словам команды, постройка автомобиля обошлась им примерно в $12 000 и 90 % этой суммы было профинансировано за счёт собственных средств.

Водитель автомобиля управляет им, находясь в лежачем положении. Из органов управления имеются педаль акселератора, педаль переднего тормоза и пара ручек на руле для тормозов от горного велосипеда на задних колёсах. Автомобиль имеет габариты, схожие с пикапом Ford F150, но весит всего 254 кг. У машины гигантский радиус поворота, поэтому при прохождении крутых поворотов автомобиль переставляли вручную.

Sunstrider зарегистрирован как мотоцикл в Мичигане, его разрешено использовать на дорогах, кроме автострад, так как автомобиль физически не может развивать скорость выше 88 км в час. Максимальная скорость, зафиксированная во время автопробега на спуске по Анхелес-Крест в сторону Тихого океана, составила 82 км в час. Полиция дважды останавливала электромобиль «за слишком медленную скорость», но штрафов выписано не было.

Это не первая попытка Уилла Джонса (Will Jones), Кайла Самлюка (Kyle Samluk) и Дэнни Эццо (Danny Ezzo) построить автомобиль на солнечных батареях, и не первая попытка преодолеть маршрут из Нью-Йорка в Лос-Анджелес на «солнцемобиле». Предыдущий заезд в 2021 году закончился неудачей на одной трети дистанции из-за неисправности контроллера двигателя.

Команда извлекла уроки и внесла существенные изменения в новый автомобиль. Эццо говорит, что они использовали более эффективные компоненты, чтобы сделать автомобиль на 48 % легче, и проехали 965 км во время тестирования. «С того момента, как мы решили это сделать, до момента, когда мы были в Нью-Йорке с работающим и ездящим автомобилем на солнечных батареях, прошло пять месяцев, так что сроки были очень сжаты, — добавил Эццо. — Мы были безумно амбициозными и, возможно, немного наивными».

Четвёртым водителем стал Бретт Сезар (Brett Cesar), а отец Уилла Брайан Джонс (Brian Jones) управлял автомобилем сопровождения. В хорошую погоду водители сменялись примерно каждые два часа. При пересечении пустыни команда столкнулась с аномальной жарой. Температура в кабине доходила до 54 °C, кондиционер по понятным причинам отсутствовал, так что участникам автопробега приходилось меняться с интервалом в 30–45 минут, чтобы избежать теплового удара и обезвоживания. Технике тоже пришлось нелегко — контроллер заряда не выдержал перегрева и потребовал замены.

Исследователи многому научились за время пробега и работы над автомобилем. «Это очень много значит для нас как команды, — говорит Эццо. — Все 100-часовые недели, пропущенные семейные встречи и жертвы, на которые мы пошли, стоили того». Полученный опыт пригодится молодым инженерам — Джонса ждут на работу в SpaceX, Самлюка — в Ford, а Эццо заканчивает Мичиганский технологический институт.

Солнечные электростанции в виде гелиоконцентраторов — систем из множества зеркал и точек фокусировки солнечных лучей — создаются во всем мире более 40 лет. Они могут быть как одиночными, так и состоять из нескольких башен со своими полями зеркал. В Китае создают уникальное решение — двухбашенный гелиоконцентратор с перекрёстным расположением зеркал, что обещает увеличить эффективность установки на 24 %.

Источник изображения: CGTN

Созданный в 2014 году в американской пустыне Мохаве крупнейший в то время в мире гелиоконцентратор представлен комплексом из трёх башен, каждая из которых окружена своим полем концентрически размещённых зеркал. Вырабатываемая им мощность достигает 392 МВт. Китайская установка в провинции Ганьсу будет состоять из двух 200-метровых башен, но концентрические поля зеркал каждой из них будут пересекаться. В этом особенность проекта — зеркала в зоне пересечения будут обслуживать и одну и вторую башню, направляя солнечный свет на концентратор одной и другой установки наиболее оптимальным для каждого времени суток образом.

Как и в остальных подобных концентраторах, в зону фокусировки зеркал на вершинах башен подаётся расплав солей. Это позволит сохранять концентрированную тепловую энергию даже в ночное время, направляя её для выработки пара и производства электричества в течение всех суток даже с заходом Солнца. Каждый год китайская установка сможет производить до 1,8 ГВт·ч электрической энергии, являясь буфером для местного производства энергии из традиционных возобновляемых источников — от Солнца и ветра.

«Зеркала в зоне перекрытия могут использоваться любой башней, — поясняют разработчики. — Ожидается, что такая конфигурация повысит эффективность на 24 %». Повышению эффективности также способствует тот факт, что используемые зеркала имеют 94-процентную эффективность отражения, а это означает, что большая часть солнечной энергии, попадающей на них, направляется обратно на башни, вырабатывающие энергию. Всего станция будет использовать отражение от 30 тыс. зеркал. Установка готова на 90 % и будет сдана в эксплуатацию до конца 2024 года.

Учёные Университета МИСИС и Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова (ИСПМ РАН) представили органические полупроводники для солнечных перовскитных модулей, которые при низком освещении увеличивают мощность выработки до 90 %, а КПД на 2,42 %. Подобный тип солнечных батарей позволит эффективно вырабатывать электроэнергию вдали от солнечных регионов, в условиях плотной облачности и даже внутри зданий.

Источник изображений: Journal of Power Sources

Исследователи занимались вопросом повышения эффективности и практической надёжности солнечных элементов из таких тонкоплёночных структур, как галоидные перовскиты. Это нанокристаллический перовскитный поглотитель, который размещается между слоями переноса заряда. Такая структура способна вырабатывать больше энергии, чем кремний, и обещает быть дешевле в производстве. Максимальный КПД, который учёные смогли достигнуть в лаборатории, сегодня составляет 26,1 % и продолжает расти.

Перовскитные материалы и галоидные соединения в частности очень чувствительны к внешней среде — температуре, влажности, освещению и прочему. Поэтому во всём мире учёные ищут возможность защитить их от коррозии и химического (фотохимического) разрушения, без чего коммерческая эксплуатация подобных фотоэлементов будет невозможна. Российские учёные также двигались в этом направлении. В ходе исследований коллектив учёных МИСИС и ИСПМ РАН синтезировал органический самособирающийся монослойный материал, который оказался химически совместим с перовскитными соединениями и обладал необходимыми защитными функциями.

По сути, учёные создали технологию образования упорядоченной (защитной) молекулярной структуры толщиной в одну или несколько молекул, образующейся при поглощении активных веществ с поверхности. Такие активные вещества образуются естественным образом под воздействием тепла и света. Например, это могут быть летучие соединения йода и другие побочные продукты, которые вызывают коррозию и окисление. Исследователи смогли обратить этот негативный эффект себе на пользу, заставив его работать на создание защитного слоя.

Химическую работу при самосборке монослоя производит состав на основе трифениламина с карбоксильной связующей группой. Его применение также улучшило перенос заряда между перовскитными поглотителями и неорганическими слоями.

«Новый самособирающийся монослой — один из наиболее простых с точки зрения синтеза. Подобные материалы широко применяются благодаря высокой стабильности и адгезии. Однако для получения материала важно учитывать ряд требований. Среди них: термическая, фото- и электрохимическая стабильность, подходящий уровень молекулярной орбитали для переноса положительно заряженных носителей заряда с перовскита на электрод и химическая совместимость между покрытиями. Также важно избегать "паразитического" поглощения энергии при прохождении солнечных лучей через трёхслойную структуру материала», — рассказала сотрудница лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Екатерина Ильичёва.

Выяснилось, что после образования монослоя эффективность носителей заряда выросла, а также снизилась потеря энергии. Тесты при естественном свете показали, что перовскитные элементы с монослоем сохраняют до 98 % своей первоначальной производительности после 1000 часов работы, тогда как необработанные устройства теряют более 20 % мощности уже через 400 часов. Результаты исследования подробнее описаны в журнале Journal of Power Sources.

«В ходе исследования мы также изготавливали перовскитные солнечные модули с применением новой технологии. Их КПД вырос с 13,22 % до 15,64 %, а при низком освещении максимальная мощность увеличилась на 47–90 %. Мы выяснили, что монослой значительно снижает количество дефектов и усиливает взаимодействие между слоями, что ведёт к более стабильной работе перовскитных солнечных элементов. Кроме того, обработанные образцы оказались менее подвержены влиянию внешних факторов, таких как свет, влага и температура», — поделилась Полина Сухорукова, инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС, исследователь лаборатории полимерных солнечных батарей ИСПМ РАН.

Работающие в условиях слабой освещённости солнечные панели и панели для работы внутри помещений — это одно из важных направлений в фотовольтаике. В условиях плотной городской застройки солнечный свет редкий гость на улицах городов. Фотопанели для выработки электрической энергии в таких условиях будут востребованы и сыграют свою роль в сфере возобновляемой энергетики.

Компания China Three Gorges Renewables Group сообщила о скором запуске строительства невообразимой по мощности солнечной электростанции мощностью 8 ГВт. В гигантский энергетический хаб стоимостью $11 млрд также войдут другие мощности, а обслуживать он будет треугольник Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй. Мегастройка стартует в сентябре этого года и завершится в 2027 году. Можно не сомневаться, что повторить такой трудовой подвиг сегодня никто не сможет.

Источник изображения: CGTN

Чтобы примерно представить масштабы новой солнечной электростанции достаточно знать, что три самые большие в мире солнечные фермы вырабатывают каждая примерно по 3 ГВт. Все они, к слову, размещены в Китае. Новая площадка будет создана в регионе Внутренняя Монголия на севере Китая. Потребителям она будет передавать электричество по линиям сверхвысоковольтного напряжения. Вот где сверхпроводимость была бы к месту, но пока её нет.

Кроме собственно солнечного поля мощностью 8 ГВт проект предусматривает создание ветряной электростанции мощностью 4 ГВт, буферного хранилища мощностью 5 ГВт, комплекса по сбору солнечной тепловой энергии мощностью 200 МВт и угольной электростанции мощностью 4 ГВт. Владеть всем этим будут компания China Three Gorges Renewables (56 % доли) и компания Inner Mongolia Energy Group (44 %). В эксплуатацию объект сдадут к июню 2027 года.

Мы часто пишем о рекордах в сфере повышения эффективности солнечных ячеек, но купить их можно будет ещё нескоро. А что же предлагается сегодня? На выставке в Германии китайская компания Aiko Solar показала лучшую по энергоэффективности модель на рынке, которая вот-вот поступит в продажу.

Источник изображения: pv magazine

Производитель представил Солнечные панели Comet 3-го поколения мощностью до 650 Вт, которые появятся в продаже в четвёртом квартале 2024 года, и предложат наивысшей в мире эффективностью на уровне 25,2 %. Новинки основаны на технологии элементов с обратным контактом (ABC). Соединяющие ячейки медные проводники перенесены на обратную сторону панели. Также компания собирает панели с частичным перекрытием кремниевых ячеек друг друга (на 0,3 мм), что увеличивает площадь рабочего кремния панели на 0,5 % и даёт возможность собирать на 1,1 % больше света в сочетании с переносом соединения на обратную сторону панелей. Это также повышает эффективность работы новых панелей в условиях частичного затенения.

В продаже будут доступны пять версий новой серии модулей с выходной мощностью от 625 Вт до 650 Вт и КПД от 24,2 % до 25,2 %. Напряжение холостого хода панелей составит от 54,49 В до 54,99 В, а ток короткого замыкания — от 14,60 А до 15,00 А. Размеры панелей будут равны 2278 × 1134 × 30 мм, а вес — 27 кг.

Все панели изготовлены из закаленного стекла толщиной 3,2 мм с антибликовым покрытием и алюминиевых рам. Панели заключены в корпус с защитой IP68, а максимальное системное напряжение достигает 1500 В. Новые панели имеют температурный коэффициент 0,26 %/°C и рабочую температуру в диапазоне от -40 °C до 85 °C.

Компания Aiko Solar предоставляет 30-летнюю гарантию на панели с предполагаемым снижением КПД на 1 % в течение первого года и гарантированной конечной выходной мощностью через 30 лет эксплуатации не менее 88,85% от номинальной мощности.

Деградация солнечных панелей свойственна как более традиционным кремниевым изделиям, так и перовскитным. Последние считаются более перспективными благодаря меньшим затратам на производство и гибкости своей структуры, но под воздействием атмосферной влаги и нагрева они быстро разрушаются. Компания Canon разработала покрытие, которое увеличивает срок службы солнечных панелей из перовскита вдвое до 20 или 30 лет.

Источник изображения: Nikkei

По крайней мере, на двукратное увеличение эксплуатационного ресурса солнечных панелей из перовскита после использования фирменного покрытия рассчитывают специалисты Canon. Его толщина будет варьироваться от 100 до 200 нм, наличие такого покрытия заметно снизит потребность солнечных панелей из перовскита в обслуживании и ремонте.

Японские производители лидируют в разработке солнечных панелей из перовскита, а потому надеются быстрее перейти к их серийному выпуску, обеспечив себе технологическое превосходство над китайскими конкурентами. Последние уже обошли японских производителей в сегменте традиционных кремниевых солнечных панелей, поэтому японская промышленность рассчитывает на реванш именно благодаря внедрению перовскита.

Canon при разработке покрытия для солнечных панелей опиралась на свой опыт в создании фоторецепторов, являющихся важным компонентов при изготовлении лазерных принтеров. Компания советовалась с изобретателем перовскитной солнечной панели Цутому Миясакой (Tsutomu Miyasaka). Массовый выпуск защитного покрытия Canon рассчитывает освоить в 2025 году на своём предприятии в префектуре Фукуи. К концу десятилетия компания рассчитывает получать десятки миллионов долларов выручки от реализации данного вида продукции.

Компания Eneos Holdings попутно нарастит производство йода, который используется при изготовлении перовскитных солнечных панелей. К 2032 году, по оценкам Fortune Business Insights, ёмкость мирового рынка перовскитных солнечных панелей достигнет $6,58 млрд, увеличившись в 36 раз относительно нынешнего уровня. Власти Японии предусмотрели крупные субсидии, направленные на развитие производства перовскитных солнечных панелей на территории страны.

Учёные представили новую технологию хранения энергии, которая использует недорогие материалы: воду, цемент и технический углерод. Дороги и фундаменты домов теперь смогут стать источником энергии в виде углеродно-цементных суперконденсаторов.

Источник изображения: Simone Hutsch/Unsplash

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Института биологической инженерии Висса Гарвардского университета разработали инновационный способ хранения энергии, используя воду, цемент и технический углерод (сажу), сообщает BBC. Как выяснилось, технология имеет потенциал для решения проблемы хранения возобновляемой энергии и снижения зависимости от природных ресурсов, таких как литий.

Дамиан Стефанюк (Damian Stefaniuk), один из ведущих исследователей проекта, описал момент, когда впервые загорелся светодиод, подключенный к бетонному суперконденсатору, как «чудесный день». Первоначально многие не верили, что это возможно, но последовательное соединение нескольких суперконденсаторов позволило получить напряжение 3 В, достаточное для питания светодиода. Далее исследователи увеличили напряжение до 12 В и даже смогли запитать портативную игровую консоль.

Источник изображения: Damian Stefaniuk

Суперконденсаторы обладают рядом преимуществ перед литийионными аккумуляторами, так как они заряжаются гораздо быстрее и не подвержены снижению ёмкости со временем. Однако, они также быстро разряжаются, что ограничивает их применение в устройствах, требующих стабильной зарядки в течение длительного времени, таких как смартфоны, ноутбуки или электромобили.

Тем не менее, исследователи видят большой потенциал в применении углеродно-цементных суперконденсаторов для хранения избыточной энергии, получаемых возобновляемыми источниками, главным образом на ветряных и солнечных электростанциях. Это позволит снизить нагрузку на электросеть в периоды, когда не дует ветер и не светит Солнце. Среди возможных вариантов применения указываются создание дорог, накапливающих солнечную энергию для беспроводной подзарядки электромобилей, и фундаментов домов, хранящих энергию для питания жилых помещений.

На данный момент, кубический метр бетонного суперконденсатора может хранить около 300 Вт·ч энергии, что достаточно для питания 10-ваттной светодиодной лампы в течение 30 часов. Исследователи планируют построить более объёмные версии оборудования, в том числе суперконденсатор до 45 кубических метров, способный хранить около 10 кВт·ч энергии, что достаточно для питания целого дома в течение дня.

Однако технология ещё не идеальна. Добавление большего количества технического углерода повышает ёмкость суперконденсатора, но одновременно снижает прочность бетона. Кроме того, производство цемента само по себе является источником до 8 % антропогенных выбросов CO₂ в мире. Тем не менее, исследователи работают над оптимизацией состава бетона и рассматривают возможность использования цемента с низким уровнем выбросов, производимого из побочных продуктов сталелитейной и химической промышленности.

Майкл Шорт (Michael Short), руководитель Центра устойчивой инженерии при Университете Тиссайд в Великобритании, считает это исследование многообещающей инновацией, открывающей множество интересных возможностей использования искусственной среды в качестве носителя энергии. Однако, он также отмечает, что часто новые открытия сталкиваются с проблемами при переходе от лабораторных условий к широкому развёртыванию. Дальнейшие исследования и разработки в этой области могут привести к созданию более эффективных и экологически чистых решений для хранения энергии.

Даже на экваторе Земли вершины гор обильно усыпаны снегом. Этому способствуют влажный воздух и низкие температуры на высоте. На Марсе подобная картина могла наблюдаться лишь в полярных областях, но далеко на юге на это никто не рассчитывал. Поэтому для учёных стало большим сюрпризом, когда на склонах марсианских экваториальных гор обнаружилось немало снега (точнее — инея). Климатологи удивлены, но видят в этом открытии перспективы.

Художественно обработанные данные. Иней на горе Олимп. Источник изображений: ESA

Автоматические станции на орбите Марса ведут съёмку его поверхности, как правило, при наилучшем освещении — в дневные часы. Поэтому учёным до сих пор не удавалось увидеть иней на вершинах марсианских вулканов на экваторе — он очень быстро таял с восходом Солнца. Учёные из Европы объединили данные наблюдений таких аппаратов Европейского космического агентства как Trace Gas Orbiter и Mars Express, после чего смогли получить убедительные доказательства регулярного выпадения инея на вершинах экваториальных марсианских гор, включая гору Олимп высотой 21,9 км — абсолютного рекордсмена в Солнечной системе.

В теории сочетание климатических условий в этих районах, высоты и разрежённости марсианской атмосферы не должно приводить к образованию инея. Сухость и слишком низкая температура этого не должны допускать — это элементарная физика. Но даже по Земле мы замечаем, что буквально за углом может лупить град, а нам на голову падает лёгкий дождик. Похоже, на Марсе с инеем та же история. Локально возникают такие климатические условия — сочетание ветров на склонах с относительно высокой влажностью воздуха и температурой, в которых даже следовые количества воды могут выпадать инеем.

Определённый по спутниковым данным слой инея на вершинах марсианских гор всего 1/100 мм. Но даже этого хватит на заполнение водой 60 олимпийских бассейнов, а это 150 тыс. т воды. Наличие инея даёт подсказку для уточнения ряда климатических моделей Марса как современного, так и древнего, чем исследователи обязательно воспользуются.

В понедельник в энергосистему Китая была включена крупнейшая в мире солнечная электростанция. Её пиковая мощность достигает 5 ГВт, а за год эксплуатации создаётся до 6 ГВт·ч электрической энергии. Теперь три крупнейших в мире солнечных фермы размещены в Поднебесной: две по 3 ГВт и одна на 5 ГВт. Это настолько много, что, по мнению аналитиков, национальные линии электропередач перестают справляться с распределением выработки.

Источник изображения: CGTN

Согласно грандиозному плану китайских властей, в стране должно быть создано 455 ГВт генерирующих мощностей на возобновляемых источниках энергии — солнечной и ветряной. Солнечные станции создаются в отдалённых пустынных районах страны, откуда энергия передаётся в центральные и восточные прибрежные мегаполисы. Это подразумевает создание сверхсовременных линий электропередач со сниженными потерями. К тому же, учёные пока не до конца понимают степень воздействия электромагнитных полей таких линий на экосистему и климат. Но голова боится, а руки делают.

Новая солнечная электростанция была включена в сеть в минувший понедельник. Солнечная ферма мощностью 5 ГВт раскинулась на площади 81 тыс. га недалеко от столицы Синьцзян-Уйгурского автономного района города Урумчи. Примерный подсчёт говорит, что возможностей этой электростанции хватит на круглогодичное обеспечение энергией 2 млн электромобилей. Это означает, например, что для снабжения энергией всего парка автомобилей США (285 млн), если бы они были электрическими, потребовалась бы солнечная ферма площадью со штат Пенсильвания.

Впрочем, от солнечных электростанций масса других выгод, кроме эксплуатации бесплатной энергии Солнца. Во-первых, они поддерживают экономику Китая. Во-вторых, они вытесняют ископаемую энергетику с её выбросами. В-третьих, это позволяет рационально использовать не имеющую других выгод территорию. Для густозаселённых стран это не самое лучшее решение, но никто не мешает вырабатывать энергию в пустынях и, например, по подводным кабелям передавать в Европу. Но это уже другая история.

Министерство внутренних дел и коммуникаций Японии заявило, что будет на законных основаниях закрывать проекты фотоэлектрической генерации в случае создания ими радиочастотных помех. С 2021 года Министерство получило 44 жалобы от оборонных и правительственных структур на помехи связи со стороны солнечных электростанций. Производители фотопанелей и интеграторы должны ответственно отнестись к этому заявлению и принять меры.

Безэховая камера для тестирования на радиопомехи. Источник изображения: Stan Zurek, Wikimedia Commons

В основном жалобы на создание помех радиосвязи поступали на крупномасштабные проекты, но не ограничивались ими. В этой связи Министерство уведомило Японскую ассоциацию производителей электрооборудования и Японскую ассоциацию фотоэлектрической энергетики (JPEA) о нежелательных радиопомехах от систем солнечной генерации, которые способны приводить к сбоям беспроводной связи. Если на таких объектах проблемы не будут устранены, то у властей есть все законные основания закрыть их.

В частности, жалобы были на помехи цифровым радиосистемам местных органов власти, используемым для предотвращения стихийных бедствий, служб реагирования на пожары и экстренной связи. Чтобы этого не было, производителям панелей и интеграторам следует использовать систему фильтрации помех в электрических цепях солнечной генерации, а также учитывать вероятность их появления в случае тех или иных недоработок в проектах.

Также регулятор призвал японских проектировщиков взять на вооружение соответствующие рекомендации Международной электротехнической комиссии (IEC). В документах IEC есть положения, которые регламентируют вопросы снижения нежелательного излучения радиоволн от систем солнечной генерации. Но это не сильно помогло в Европе, где регуляторы Нидерландов и Швеции, например, сообщали о радиопомехах от солнечных электростанций ещё в 2023 и, соответственно, 2021 годах.

Учёные Университета Аризоны представили сделанные в январе этого года снимки Ио — ближайшей луны Юпитера и самого вулканически активного небесного тела Солнечной системы. Удивительно, но полученные с наземного телескопа изображения оказались более чёткими и подробными, чем снимки с того же зонда «Юнона», который сейчас летает вокруг Юпитера. Это показывает огромный потенциал нового инструмента.

Большой бинокулярный телескоп. Источник изображения: NASA

Речь идёт о приборе SHARK-VIS, который в дополнение к ранее установленному прибору SHARK-NIR был добавлен в систему наблюдений Большого бинокулярного телескопа (LBT). Оба прибора были разработаны в Итальянском национальном институте астрофизики при Римской астрономической обсерватории. Интеграция системы в телескоп была проведена в 2023 году, а в 2024 году проведены первые наблюдения. В сочетании с мощными возможностями LBT, который в дополнение к двум спаренным 8,4-метровым первичным зеркалам имеет адаптивную оптику с частотой подстройки 1000 раз в секунду, приборы SHARK позволили получать при наблюдениях с Земли снимки объектов Солнечной системы с беспрецедентным разрешением.

Для издания Geophysical Research Letters учёные сделали снимки спутника Юпитера Ио. Комбинированный снимок содержит данные в инфракрасном, красном и жёлтом диапазонах. Выбранные цветовые каналы позволяют рассмотреть магматические отложения красного и белого цветов вокруг предполагаемых вулканов на Ио. На представленном снимке, например, это красные и белые ореолы в нижней правой части Ио.

Ио, видимый в Большой бинокулярный телескоп

Прибор SHARK-NIR позволяет выявить области извержения вулканов на спутнике, но его разрешения недостаточно для идентификации самих вулканов и выявления последствий выхода магмы на поверхность. С этим помогает разобраться прибор SHARK-VIS, показывающий картинку в оптическом диапазоне. Его разрешения хватает для выявления деталей рельефа спутника длиною свыше 80 км.

Луна Юпитера Ио полна вулканами, которые, как считают учёные, извергаются в результате гравитационных воздействий на недра спутника со стороны самого Юпитера и его ближайших лун. Гравитация постоянно сжимает и растягивает Ио, создавая очаги тепла и постоянно разогревая его недра. Наблюдение за вулканической активностью спутника позволит создать представление о ранних этапах геологической эволюции Земли и других планет вплоть до планет из далёких миров.

Учёные из Сколтеха и их китайские коллеги опубликовали в престижном журнале Physical Review B работу, в которой обосновали существование в недрах Урана и Нептуна экзотической молекулы акводия (aquodiium). Это молекула воды с двумя «лишними» протонами, которая стабильна лишь при высочайших температурах и давлении. Наличие акводия в недрах далёких планет теоретически объясняет их странные магнитные поля, отличающиеся от магнитного поля Земли.

Изображение Урана, полученное «Джеймсом Уэббом». Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

Магнитные поля Земли, Сатурна и Юпитера порождаются электропроводящими слоями в недрах планет. В случае Земли это циркуляция железоникелевого сплава, а у газовых гигантов — циркуляция металлического водорода на больших глубинах. Во всех трёх случаях присутствует электронная проводимость, порождающая магнетизм. Что касается магнитных полей Урана и Нептуна, то в их случае, подозревают учёные, работает ионная проводимость или, проще говоря, электрический заряд переносят атомы или даже молекулы. Всё это может быть частью ответа на загадку, почему магнитные поля у ледяных гигантов сильно отклонены от их осей вращения и исходят не из их центров.

Один из авторов исследования, профессор Сколтеха Артём Оганов, пояснил различие между двумя типами проводимости и вовлечение в процесс нового иона: «В условиях, которые существуют в недрах Юпитера, водород становится жидким металлом, его электропроводность обусловлена наличием свободных электронов, которые все атомы водорода сбрасывают „в общий котёл“ при столь сильном сжатии. А в Уране, как мы предполагаем, сами ионы водорода, то есть протоны, переносят заряд. При этом совершенно не обязательно в форме свободных ионов H⁺, а, например, в виде гидроксония H₃O⁺, аммония NH₄⁺ и ряда других ионов. Наше исследование дополняет этот ряд ионом H₄O²⁺, химия которого представляет большой интерес».

Вода в обычных условиях — это атом кислорода, у которого на внешней электронной оболочке есть две укомплектованные электронные пары в добавок к двум одиночным валентным электронам, к которым присоединены по одному атому водорода (H₂O). Когда к одной из электронных пар присоединяется протон водорода (атом водорода без собственного электрона), возникает ион гидроксония (H₃O⁺). В самых экстремальных условиях, когда температура и давление запредельные, вторая электронная пара кислорода также может присоединить протон, что даёт экзотический ион акводий (H₄O²⁺).

Авторы исследования использовали самые современные методы моделирования, чтобы понять, как вода и плавиковая кислота поведут себя в экстремальных условиях. При давлении порядка 1,5 млн атмосфер и температуре 3 тыс. градусов Цельсия в симуляции стали чётко различимы ионы акводия H₄O²⁺.

Молекула воды и её ионы

Открытый таким образом новый ион способен влиять на поведение и свойства водных сред, а именно кислых сред под большим давлением. Это примерно те условия, которых можно было бы ожидать от Урана и Нептуна, где немыслимая толща водного океана оказывает колоссальное давление на глубинные слои вещества в присутствии кислот. А значит, там должен образовываться акводий, который будет циркулировать вместе с другими ионами и делать свой вклад в магнитные поля этих планет. Более того, в присутствии этого иона там могут формироваться неизвестные на Земле минералы с невообразимыми свойствами.

Китай, крупнейший в мире производитель и потребитель солнечной энергии, столкнулся с неожиданной проблемой — избытком солнечной электроэнергии, которую его энергосистема не в состоянии полностью использовать и хранить.

Источник изображения: Moritz Kindler/Unsplash

Согласно отчету агентства Reuters, опубликованному на днях, Китай установил настолько много солнечных панелей, что страна просто не в состоянии потребить или сохранить сгенерированную электроэнергию в таком количестве даже с помощью систем хранения.

Источник изображения: Reuters

Эта ситуация заставила китайские власти сократить некоторые субсидии для солнечной отрасли, что привело к замедлению темпов установки новых мощностей. Тем не менее, несмотря на это замедление, Китай по-прежнему опережает все остальные страны по объемам ввода новых мощностей солнечной генерации. Так, по состоянию на март 2024 года, установленные мощности солнечной энергетики Китая достигли 660 ГВт. Для сравнения, в США, которые занимают второе место в мире в этой сфере, на конец 2023 года работало 179 ГВт солнечных станций.

Как отмечает Businessinsider, стремительный рост солнечной энергетики является частью китайской стратегии развития «новых трех отраслей» — ветряной энергетики, солнечной энергетики и электромобилей. Однако теперь Китай столкнулся с тем, что его энергосистема не поспевает за высоким ростом генерации электроэнергии.

Эксперты предупреждают, что избыток производства солнечных панелей в Китае может привести к еще большему затовариванию мирового рынка и падению цен. Так, крупнейший китайский производитель солнечных панелей Longi Green Energy уже объявил о сокращении нескольких тысяч рабочих мест из-за перепроизводства и, соответственно, низких цен.

Чтобы справиться с ситуацией, Китайская ассоциация фотоэлектрической промышленности призывает к консолидации отрасли, ограничению внутренней конкуренции и большему контролю за мощностями. Однако пока неизвестно, будут ли предприняты конкретные шаги правительством для решения этой проблемы и если будут, то когда.

Тем временем, несмотря на внутренние трудности, Китай, вероятно, продолжит наращивать экспорт солнечных панелей. Это, в свою очередь, вызывает обеспокоенность США, ЕС и других стран, которые видят в этом угрозу для своих производителей. Запад призывает Китай сдерживать экспорт.

Учёные обосновали существование самого большого протопланетного диска в истории наблюдений. Кому-то сильно повезло или повезёт с запасами вещества в звёздной системе. По самым скромным подсчётам, система позволит сформироваться планетам вплоть до газовых гигантов на удалении в 300 раз большем, чем расстояние от Солнца до Юпитера.

Художественное представление протопланетного диска. Источник изображения: NASA

Строго говоря, объект IRAS 23077 + 6707 (IRAS 23077) был открыт около 40 лет назад инфракрасной обсерваторией IRAS. В 2016 году объект подвергся более детальному наблюдению с помощью обзорного телескопа Pan-STARRS. За десятилетие картинка не изменилась, что можно было бы ожидать от скоплений газа и пыли вокруг сверхновых или в процессе других динамических явлений во Вселенной, что заставило учёных по-новому взглянуть на него и, как оказалось, не зря.

Подключив к наблюдению IRAS 23077 + 6707 массив радиотелескопов SMA на Гавайях, учёные увидели, что данный объект обладает всеми характеристиками, присущими протопланетному диску. Но, какому! Газ, пыль, щебень и скопления вещества простирались на гигантское расстояние от родной звезды. Расстояние от неё до фиксируемого приборами края протопланетного диска IRAS 23077 + 6707 было в 300 раз больше, чем расстояние от Солнца до Юпитера, что соответствует 1500 астрономическим единицам.

В центре этой «космической бабочки» скрыт гигантский протопланетный диск. Источник изображений: SAO/ASIAA/SMA/K. Monsch et al/Pan-STARRS

«Данные SMA дают нам неопровержимые доказательства того, что это диск и, в сочетании с оценкой расстояния до системы, показывают, что он вращается вокруг звезды, которая, вероятно, в два-четыре раза массивнее нашего Солнца. Из данных SMA мы также можем взвесить пыль и газ в этом планетарном питомнике, в котором, как мы обнаружили, достаточно материала для формирования многих планет–гигантов — и на расстояниях, более чем в 300 раз превышающих расстояние между Солнцем и Юпитером!», — делятся открытием учёные.

За свой образ в данных радиотелескопа объект IRAS 23077 + 6707 получил прозвище «Чивито Дракулы», объединив в себе национальные акценты учёных-первооткрывателей: одного из Уругвая (чивито — это тот же гамбургер), другого — из Румынии. Объект не удобен для наблюдения в оптическом и инфракрасном диапазоне — протопланетный диск повёрнут к нам под углом, но в радиодиапазоне виден достаточно хорошо, чтобы различить его структуру и молекулярные сигнатуры присутствующих в нём веществ.

Изучение подобных объектов позволит нам лучше понять условия и процессы формирования звёздных систем. Поскольку объект IRAS 23077 + 6707 находится сравнительно недалеко от нас — на удалении примерно 1000 световых лет, он может дать множество подсказок в этой сфере исследований.

Германия столкнулась с избытком солнечной энергии из-за широкомасштабного наращивания объёмов установленных солнечных панелей в 2023 году. По данным исследования шведского банка SEB Research, страна установила больше мощностей, чем требуется для удовлетворения текущего спроса на электроэнергию.

Источник изображения: Zbynek Burival on Unsplash

Как сообщает издание Businessinsider, в часы пиковой выработки солнечной энергии, её производители вынуждены снижать цены в разы, чтобы хоть как-то реализовать избыток. Так, за последние 10 дней производители вынуждены были снижать цены на электроэнергию в пиковые часы на 87 %, то есть до 9,1 евро за 1 МВт·ч по сравнению с ценой в 70,6 евро в вечернее и ночное время.

По словам аналитика SEB Бьярне Шилдропа (Bjarne Schieldrop), такая ситуация возникла из-за рекордного ввода в эксплуатацию новых солнечных мощностей в 2023 году. К концу прошлого года общая мощность солнечной генерации в Германии достигла 81,7 ГВт, тогда как средняя нагрузка потребления составила 52,2 ГВт. Таким образом, общая мощность солнечной энергетики оказалась почти на 30 ГВт выше среднего спроса.

Источник изображения: SEB, PV Magazine

Разрыв между предложением и спросом ещё больше увеличивается летом, когда выработка солнечных панелей максимальна, а энергопотребление снижается. При этом потребители не получают особой выгоды от низких цен, так как потребляют большую часть энергии в вечерние часы.

Если рост солнечных мощностей не будет стимулироваться субсидиями, снижение рентабельности может остановить дальнейшее развитие отрасли в Германии, считает Шилдроп. Вместо этого внимание сместится на решения по более эффективному использованию вырабатываемой энергии, в частности, на инвестиции в аккумуляторы и модернизацию электросетевой инфраструктуры.

Вообще дисбаланс спроса и предложения не является новой проблемой для Германии, и не только этот регион сталкивается с этим. В прошлом году европейский рынок в целом активно устанавливал солнечные мощности из-за прекращения поставок ресурсов из России. Избыток зеленой энергии, усугубляемый активной установкой новых ветряных турбин и атомной энергетики, уже спровоцировал неоднократные случаи падения цен в разных регионах Европы.

Тем не менее, по мере реализации различных мер и временного смещения акцента с роста производства солнечной энергии на сети, аккумуляторы и другие возможные способы её использования, приведут к нормализации ситуации в ближайшее время, уверен Шилдроп.