Теги → энергия
Быстрый переход

В Великобритании собираются построить крупнейшую в стране солнечную ферму

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.

США проведут эксперимент по передаче электричества из космоса на Землю

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

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)

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.

В США уголь на 40 дней уступил первенство в выработке энергии возобновляемым источникам

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

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.

Tesla к концу года хочет устанавливать 1000 солнечных крыш в неделю

Компания Tesla недавно отчиталась о выручке в $5,99 млрд за первый квартал этого года. Это уже третий прибыльный квартал для компании. В письме к акционерам Tesla также сообщила, что её нью-йоркская фабрика Gigafactory добилась значительных успехов за первую четверть 2020-го. Завод вышел на еженедельное производство солнечных панелей Solar Roof общей мощностью 4 МВт. 

Этого хватит для 1000 условных частных домов, о чём сам Маск заявлял ещё в марте, правда, жаловался, что компании не хватает рук для монтажа панелей.

В отчёте говорится, что Tesla продолжит увеличивать темпы производства и проследит за тем, чтобы объёмы произведенных панелей Solar Roof равнялись количеству установленных:

«Мы продолжим увеличивать производство и скорость монтажа панелей, а также постараемся проследить за синхронизацией этих двух показателей. Отзывы покупателей Solar Roof очень положительные», — говорится в отчёте.

«Спрос хороший, производство справляется. Основная проблема заключается в установке», — добавил генеральный директор Tesla Илон Маск (Elon Musk).

В то же время он уверен, что значительно повысить темпы установки получится в этом году. Для установки 1000 крыш в неделю необходимо иметь 1000 монтажных команд. Tesla даже рассматривает возможность сотрудничества с другими компаниями, которые помогли бы решить этот вопрос.

«Я уверен, что, возможно, уже к концу года мы сможем выйти на установку 1000 крыш в неделю», — заявил гендиректор Tesla. Маск также добавил, что интерес к Solar Roof высок и за пределами США, особенно в Китае.

Квартальный отчёт Tesla: третий прибыльный квартал подряд, но перспективы так себе

Стоимость ценных бумаг Tesla выросла более чем на 9 % после публикации компанией результатов деятельности в отчётном первом квартале — несмотря на влияние пандемии COVID-19 автопроизводитель демонстрирует прибыльность третий квартал подряд.

Компания уведомила о прибыли в первом квартале в размере $16 миллионов по оценке GAAP. Тем не менее, попутно Tesla сообщила о значительном отрицательном свободном денежном потоке в размере $895 млн. Ясно, что компании будет сложно выполнить ранее объявленную цель и достичь положительного свободного денежного потока до конца 2020 года.

Tesla также вынуждена была отметить, что, несмотря на наличие мощностей, позволяющих поставить на рынок 500 000 автомобилей в 2020 году, коронавирус ставит под сомнение эту цифру: не ясно, как быстро её автомобильный завод в США и поставщики смогут увеличить производство после введённых карантинных мер. Компания также приостановила краткосрочные финансовые прогнозы — возможно, этот год так и не станет для компании первым прибыльным.

Tesla заявила, что произвела за первый квартал 2020 года около 102,7 тысяч автомобилей — на 33 % больше, чем за тот же период 2019 года. При этом совокупные поставки седанов Model 3 и внедорожников Model Y составили 87,3 тысячи, а общие отгрузки более старых и более дорогих автомобилей Model S и X — 15,4 тысячи. При этом объёмы поставок на рынок за тот же период достигли 88,5 тысяч единиц (76,3 тысячи — Model 3 и Y и 12,2 тысяч — Model S и X).

Согласно отчёту Tesla за первый квартал, доходы компании от автомобильной продукции составили $5,1 миллиардов, причём почти 7 % из этого объёма приходится на стимулирующие кредиты, которые помогли компании достичь показателя валовой прибыли от этой деятельности в размере 25,5%.

Объясняя слабые продажи своей продукции, связанной с солнечной энергией, в течение отчётного квартала, Илон Маск (Elon Musk) отметил: «COVID-19, по сути, заставил нас остановить деятельность». Tesla сообщила о том, что доходы от подразделения производства и хранения энергии за квартал составили $324 млн.

Кстати, это первый полный квартал, во время которого работал открытый ранее завод Tesla в Шанхае и первый квартал производства и поставок Tesla Model Y. Всего в I квартале 2020 года компания получила $5,99 млрд доходов против $4,54 млрд годом ранее и $7,38 млрд в IV квартале 2019 года.

COVID-19

Государственные меры в области здравоохранения, призванные сдерживать распространение COVID-19, вынудили Tesla приостановить производство на своём новом автомобильном заводе в Шанхае примерно на две недели в феврале. К концу марта Tesla столкнулась с ещё более длительными ограничениями уже в США.

В словах к инвесторам с включением ненормативной лексики господин Маск назвал распоряжения властей оставаться людям дома неконституционными. Он отметил: «Думаю, мы немного обеспокоены тем, что не можем возобновить производство в области залива Сан-Франциско, и это нужно рассматривать в качестве серьёзного риска. Сейчас у нас всего две автомобильные фабрики — одна в Шанхае и одна в области залива». Голос его звучал всё более и более возмущённым, пока руководитель не воскликнул: «Что за чёрт?»

Илон Маск также раскритиковал карантинные меры: «Я думаю, что люди будут очень злы на это, очень злы. Кто-то хочет оставаться в доме? Ну замечательно — им должно быть разрешено оставаться в доме, и их нельзя заставлять покидать жилище. Но требовать, чтобы люди не могли покидать свои дома под угрозой ареста — это фашизм. Это не демократично. Это не свобода. Верните людям их чёртову свободу». К слову, покидать место жительства не является преступлением в Калифорнии, согласно распоряжениям, связанным с COVID-19.

Основной американский завод по производству автомобилей Tesla во Фремонте (штат Калифорния), функционирует с минимальной нагрузкой с 24 марта. По сути, речь идёт об охране имущества, обслуживании оборудования и запасов.

Компания также временно приостановила производство на своём заводе по производству аккумуляторов в окрестностях Рено (штат Невада), и на своём предприятии в Буффало (штат Нью-Йорк), где она производит компоненты для своих аккумуляторов и зарядных станций для электромобилей, а также некоторые компоненты солнечных панелей.

Ожидается, что последствия этих остановок серьёзно отразятся на финансовых результатах Tesla во втором квартале 2020 года. Компания уже отправила людей в неоплачиваемые отпуска и сократила уровень заработной платы. Несмотря на сбои в бизнесе, связанные с коронавирусом, Tesla всё ещё продаёт автомобили через Интернет, доставляя их клиентам в США, в том числе «бесконтактно», и продолжает обслуживать автомобили своих клиентов.

Кризис в экономике и пандемия развенчали миф о выгоде возобновляемой энергетики

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.

Fossil представила часы Solar, заряжающиеся от солнечной энергии

Компания Fossil представила весьма любопытную новинку — аналоговые часы Solar, созданные с заботой об окружающей среде. Поставки хронометра планируется организовать в первых числах следующего месяца.

Главная особенность новинки — возможность подзарядки встроенного аккумулятора за счёт солнечной энергии. В обод вокруг циферблата интегрированы солнечные элементы, способные подзаряжать батарею в светлое время суток или даже от осветительных приборов. Утверждается, что на полной зарядке аккумулятора часы могут функционировать в течение четырёх месяцев. Таким образом, при обычной эксплуатации владельцам вообще не придётся беспокоиться о возможном разряде элемента питания.

В правой части гаджета предусмотрена коронка управления. Новинка может похвастаться влагозащищённым исполнением (5 ATM).

При изготовлении элементов корпуса применяются материалы, не наносящие ущерба окружающей среде. Упаковка полностью выполнена из картона, который может быть использован повторно.

Комплект поставки включает сменные ремешки в пяти ярких вариантах цветового исполнения — розовом, оранжевом, жёлтом, синем и салатовом.

Модель Fossil Solar доступна для заказа в версиях с размером корпуса 34 и 42 мм. Приобрести новинку можно по ориентировочной цене $140. 

Носимая электроника может питаться от выделяемого человеком пота

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)

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.

Разработана система охлаждения, которая ещё и электричество вырабатывает

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.

Оконные стёкла могут вырабатывать электричество не хуже солнечных панелей на крыше

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.

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.

Европейские институты и производители вместе разработают лучшие солнечные панели в мире

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.

Новый сверхлёгкий и гибкий солнечный элемент сможет поддерживать питание носимой электроники

Умные наручные часы, питаемые энергией Солнца, могут стать более практичными в ближайшие годы. Исследователи из университета Монаша разработали гибкий солнечный элемент, который может идеально подходить для будущих носимых устройств. Он в 10 раз тоньше (0,3 микрометра) человеческого волоса и, как можно заметить по фотографии, достаточно лёгкий.

Немаловажно, что при этом элемент ещё и сравнительно мощный: 9,9 Вт на грамм — возможно, этого будет достаточно для питания полнофункциональных смарт-часов будущего. Технология также может поддерживать работу устройств в течение длительного времени. Тесты показали, что элемент деградирует всего на 4,8 % спустя более чем 4700 часов и может работать в течение 20 000 часов с «минимальной деградацией». Полезный срок службы, по словам учёных университета Монаша, составит порядка 11,5 лет.

Сложность состояла в разработке механически прочных светопоглощающих материалов, которые способны достигать одного из самых высоких КПД преобразования среди живых органических клеток — 13 %. Это ниже, чем у многих обычных современных солнечных батарей (более 20 %), но должно быть достаточно для носимой электроники. Элементы относительно просты в изготовлении благодаря технологии непрерывной печати.

Впрочем, стоит всё же умерить ожидания. Исследовательская группа планирует коммерциализировать новую технологию солнечных батарей, но на разработку и внедрение подобных изобретений могут уйти годы. Преимущества, по крайней мере, очевидны. Это может привести к появлению бо́льшего количества носимых устройств, которым нужны лишь небольшие батарейки. Технология могла бы заметно расширить автономность носимых устройств, сделать их компактнее и легче.

Роботы вместо батарей смогут буквально питаться металлом и воздухом

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.

Американцы создали солнечный элемент с КПД под 50 %, но на самом деле нет

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

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.

Американцы предложили собирать энергию для Интернета вещей из магнитных полей ближайшей электропроводки

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.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥