Теги → эффективность
Быстрый переход

Учёные придумали, как эффективнее кипятить воду — это, кроме прочего, позволит лучше охлаждать чипы

Учёные из Массачусетского технологического института разработали технологию более эффективного кипячения жидкостей. Предложенное решение снизит энергозатраты в широком спектре промышленного производства, а также откроет путь к лучшему охлаждению в электронике.

 Источник изображения: MIT

Источник изображения: MIT

В основе процесса кипячения жидкостей лежит борьба компромиссов между критическим тепловым потоком и коэффициентом теплопередачи. Повышая первый, мы вызываем снижение второго и наоборот. В частности, при кипячении воды, чем выше интенсивность нагрева, тем активнее на поверхности кипячения образуются пузырьки водяного пара. С определённого момента пузырьки сливаются в одну сплошную плёнку, теплопроводность которой ниже, чем у воды, а это ведёт к снижению интенсивности кипячения и к перерасходу энергии на поддержание процесса.

Исследователи из MIT задались целью одновременно улучшить оба параметра не нарушая законов физики. Сделать это удалось благодаря разработке многоуровневого покрытия поверхности кипения, о чём они рассказали в журнале Advanced Materials. Основная идея заключалась в том, чтобы не дать пузырькам газа при кипении жидкости слиться в одну сплошную плёнку. Для этого на поверхности кипячения были сделаны углубления диаметром около 10 мкм с шагом 2 мм. Но это далеко не всё. Углубления были сделаны на вершинах столбиков диаметром чуть больше 20 мкм. Столбики за счёт большей площади обеспечивали как лучший нагрев жидкости, так и естественную подачу жидкости (циркуляцию) от основания к вершине.

Третьим улучшением стало «текстурирование» вершин столбиков наноструктурами — гребнями и лезвиями масштаба от десятков до сотен нанометров. Такая текстура способствовала тому, что испарение происходит быстрее за счёт увеличения поверхности кипячения в точке парообразования, что также быстрее отводит пар и не даёт ему застаиваться. Фактически между пузырьками пара и поверхностью кипячения постоянно остаётся жидкость, что не даёт пару снизить тепловую передачу между источником нагрева и жидкостью.

 Источник изображения: Advanced Materials

Источник изображения: Advanced Materials

Учёные отмечают, что создать простое решение для практического использования пока нельзя. Процесс создания текстурированной поверхности для наиболее эффективного кипячения жидкостей сложен и требует чистых комнат и оборудования, подобного оборудованию для производства полупроводников. Исследователи лишь доказали осуществимость идеи и намерены разработать техпроцесс более доступного текстурирования поверхностей кипячения. К слову, для разных жидкостей будут свои текстуры, поскольку коэффициенты натяжения у разных жидких сред разные.

В то же время учёные считают, что отрасль производства электроники может уже сейчас выиграть от предложенной технологии. Отводить тепло приходится со всё меньшей и меньшей площади чипов, а нанести текстуру на радиатор или даже непосредственно на процессор будет не так уж дорого, если держать в уме эффективность и общие затраты на системы охлаждения.

Установлен новый рекорд КПД солнечной ячейки из кремния и перовскита — впервые выше 30 %

До сих пор эффективность традиционных и тандемных солнечных элементов не превышала 30 %. Предыдущий рекорд составил 29,8 %, но к нему шли годами и очень-очень понемногу. Учёные из Швейцарии первыми в мире смогли преодолеть психологически важный рубеж КПД ячеек в 30% и готовы двигаться дальше по пути к эффективной и возобновляемой солнечной энергии.

 Источник изображения: CSEM

Источник изображения: CSEM

Теоретический предел КПД солнечных фотоэлементов оценивается учёными на уровне 29,4 %. Исследователи в своих разработках создали кремниевые фотоэлементы с КПД 26,7 % и медленно-медленно продвигаются к теоретическому рубежу. КПД перовскитных элементов, которые интересны своей потенциальной дешевизной производства (они поддерживают струйную печать), приблизился к 27,5 %. Вместе эти материалы готовы покорять высоты эффективности, поскольку кремний работает в красном и инфракрасном диапазоне, а перовскит — в синем и зелёном.

Новая разработка тандемных солнечных элементов, объединяющих кремний и перовскит, учёными из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и Швейцарского центра электроники и микротехнологий (CSEM) представлена в двух вариантах и оба проникли за барьер КПД 30 %.

Одно из решений представляет собой слои перовскита, нанесённые из жидкого раствора на гладкую поверхность кремния. Такой фотоэлемент показал КПД на уровне 30,93 % для площади 1 см2. Во втором случае использовался гибридный метод осаждения перовскита из пара и жидкого раствора на текстурированную поверхность кремния, что позволило достичь эффективности 31,25 % для солнечной батареи той же площади.

 Источник изображения: CSEM

Источник изображения: CSEM

«Тандемные технологии перовскита на кремнии, как говорят, имеют потенциал для превышения 30-процентной эффективности, но это первый случай, когда этот давно предсказанный потенциал был продемонстрирован, что, надеюсь, проложит путь к еще более дешёвой устойчивой электроэнергии в будущем», — сказал Кристиан Вольф (Christian Wolff), ведущий исследователь из группы EPFL.

Солнечные панели Toshiba добавят электромобилям 35 км суточного пробега

Разработка Toshiba обещает «бесплатно» добавить электромобилям до 35 км суточного пробега, выпустить электротранспорт без необходимости подключать к электросети для заряда аккумуляторов, а также позволит реализовать проекты стратосферных телекоммуникационных платформ. Всё это благодаря повышению эффективности солнечных панелей и, что самое важное, без значительного роста стоимости фотопанелей.

 Источник изображения: Toshiba

Источник изображения: Toshiba

Добиться заявленных целей компания намерена за счёт производства тандемных (составных) солнечных ячеек, верхний прозрачный слой которых изготавливается с использованием недорогого оксида меди (Cu2O), а нижний из обычного кремния. Первый перспективный прототип такой тандемной ячейки Toshiba представила в 2019 году, о чём мы в своё время рассказывали. В перспективе составной фотоэлемент по технологии компании может показать до 40 % КПД. И это с учётом того, что для него не нужны дорогие химические элементы III-V групп таблицы Менделеева, включая арсенид галлия. Использовать медь будет намного дешевле.

Представленный в 2019 году тандемный фотоэлемент Toshiba мог похвастаться КПД 23,8 %, в то время как типичный КПД обычных кремниевых солнечных элементов составлял 22 %. Дальнейшее совершенствование технологии изготовления прозрачного слоя позволило поднять его эффективность до 8,4 %, а общую в тандеме с кремнием — до 27,4 %. Для сравнения, самый эффективный на сегодня одиночный кремниевый фотоэлемент показывает эффективность 26,7 %, что существенно ниже тандемного фотоэлемента Toshiba.

Компания продолжит совершенствовать технологию нанесения прозрачного верхнего слоя на кремний, чтобы каждый из слоёв эффективно поглощал свою длину волны, а верхний слой оставался максимально прозрачным. Цель разработчиков заключается в том, чтобы добиться КПД прозрачного слоя на уровне 10 % с сохранением 80 % прозрачности, и тогда электротранспорт получит подспорье в виде навесных панелей и будет меньше зависеть от заряда в аккумуляторах.

Учёные приблизились к созданию высокоэффективных солнечных панелей — двумерные перовскиты показали впечатляющий потенциал

Одна из научных задач последнего десятилетия — это использование свойств таких необычных минералов, как перовскиты в области производства полупроводников, аккумуляторов и солнечной электрогенерации. В частности, за десять лет исследований эффективность перовскитов в области добычи солнечной энергии выросла с 3 % до 25 % и может вырасти намного больше, если решить ряд технических проблем. И учёные понемногу их решают.

 Источник изображения: Jeff Fitlow/Rice University

Источник изображения: Jeff Fitlow/Rice University

Исследователи из Университета Райса изучали атомарно тонкие слои перовскита и пришли к удивительному открытию. Выяснилось, что солнечный свет заставляет атомарные решётки тончайших (буквально — двухмерных) перовскитных структур физически сжиматься во всех направлениях, что резко увеличивает проводимость электронов. Интенсивность освещения в «одно солнце» сжимало 2D-слои перовскита на 0,4 % по горизонтали и на 1 % по вертикали, и этого оказалось достаточно для достижения неожиданно рекордного показателя роста эффективности.

Сжатие происходило не мгновенно, а в течение 10 минут. Увеличение интенсивности освещения в пять раз от обычного уровня вело к проявлению эффекта в течение 1 минуты. После отключения освещения атомарная структура материала восстанавливалась до прежнего состояния. Проверка материала в темноте с нагревом показала, что рост температуры не ведёт к появлению эффекта сжатия кристаллической решётки, а показывает нормальный процесс её увеличения, как и положено в физике. Иными словами, эффект сжатия атомарной решётки в 2D-перовските вызывает поток фотонов в солнечном свете.

Само по себе открытие довольно значимое. Фотоны очень и очень плохо взаимодействуют с материей. Такое взаимодействие приводит к появлению квазичастиц (экситонов и других) и может создать плацдармы для прорывов в фотонике — области использования фотонов в полупроводниках. Что касается экспериментов в Университете Райса, то переход от 3D-перовскитов к 2D-структурам из атомарных слоёв перовскита увеличило эффективность переноса электронов сразу на 18 %, тогда как обычно рост эффективности с каждым новым открытием составляет единицы процентов. Это серьёзный намёк на прорыв, который может привести к появлению на рынке высокоэффективных солнечных панелей из перовскита.

Google: возвращение сотрудников в офисы снизит эффективность работы, как минимум, на время

Вследствие пандемии коронавируса многим компаниям пришлось перевести своих сотрудников на удалённую работу. По мере того, как эпидемиологическая обстановка приходит в норму, люди начинают возвращаться в офисы. Как заявляет Google, возврат на рабочее место после 10 месяцев работы из дома может сильно снизить продуктивность труда.

 gizchina.com

gizchina.com

Заметим, что, в данный момент, в Google работает около 135 тысяч штатных сотрудников и такое же количество сторонних работников, нанятых по контракту. Компания заявляет, что возврат сотрудников из дома на рабочие места повлечёт за собой огромные расходы на подготовку офисных пространств. Вероятно, речь идёт об обязательной дезинфекции помещений, а также о переоборудовании рабочих мест таким образом, чтобы они соответствовали условиям социального дистанцирования. Кроме того, период, необходимый сотрудникам на адаптацию к офисному режиму работы временно снизит конкурентоспособность Google.

 gizchina.com

gizchina.com

Тем не менее, поисковый гигант всё же пытается решить проблему. Хоть удалённая работа и продлится до конца этого года, компания уже привлекает часть сотрудников работать в офисе не менее трёх дней в неделю. В этом плане политика Google, касательно удалённой работы, куда строже чем политика Facebook* и Twitter.


* Внесена в перечень общественных объединений и религиозных организаций, в отношении которых судом принято вступившее в законную силу решение о ликвидации или запрете деятельности по основаниям, предусмотренным Федеральным законом от 25.07.2002 № 114-ФЗ «О противодействии экстремистской деятельности».

Солнечный элемент из кремния и перовскита установил новый рекорд эффективности

Перовскит начали изучать в качестве перспективного материала для солнечных панелей около десяти лет назад. Причём почти сразу его рассматривали как дополнение к традиционным панелям из кремния. Это так называемые тандемные панели, которые состоят из двух и более слоёв/материалов для поглощения солнечного излучения в более широком спектре. КПД тандемных панелей по определению выше, чем из одного материала, что учёные регулярно доказывают.

 Экспериментальный солнечный тандемный элемент из кремния и перовскита. Источник изображения:

Экспериментальный солнечный тандемный элемент из кремния и перовскита. Источник изображения: Helmholtz-Zentrum Berlin

Немецкие исследователи из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB) добились впечатляющих результатов по эффективности тандемной солнечной ячейки из кремния и перовскита. Всего пять лет назад максимальная эффективность тандемных солнечных элементов составляла 13,7 %, два года назад — до 25,2 %, а в начале этого года — 27,7 %. Тандемная ячейка HZB показала эффективность преобразования солнечного света в электричество на уровне 29,15 % при теоретическом пределе КПД для таких элементов 35 %. Для сравнения, по отдельности каждый их этих материалов показывает эффективность преобразования до 20 %.

Экспериментальный элемент имеет площадь всего в 1 см2. Учёные уверяют, что технология позволяет довести размеры ячеек до коммерчески выгодных. Правда, они не берутся указать сроки осуществления коммерческих планов в отношении представленной разработки.

В представленной тандемной солнечной ячейке кремний в основном поглощает красную и инфракрасную часть падающего света, а перовскит — зелёную и синюю. Поставленный учёными рекорд эффективности сертифицирован Fraunhofer ISE и занесен в таблицу NREL, где с 1976 года отслеживается прогресс в технологиях солнечных элементов. Добавим, статья о разработке опубликована в журнале Science и открыта для прочтения.

Европа ориентируется на «циклическое» производство: профилактика, ремонт, восстановление и переработка

Европейская промышленность будет уходить от линейной модели «выпустил и забыл» к модели «циклического» производства. Это поможет сберечь производственные, материальные и энергетические ресурсы. В частности, помочь в этом обещают новые технологии машинного зрения и искусственного интеллекта, которые будут следить за износом промышленного оборудования и автоматически предупреждать о неисправности.

 Автоматическая система для слежедния за износом механизма станков ( Markus Breig, KIT)

Автоматическая система для слежения за износом механизма станков ( Markus Breig, KIT)

Как сообщает немецкий Технологический институт Карлсруэ (KIT), новым акцентом в развитии европейской промышленности становится «устойчивое производство», которое в более широком смысле приведёт к «циклической» экономике. Это означает, что все материальные ресурсы, включая промышленное оборудование и сырьё, будут расходоваться крайне экономно с обязательной автоматической профилактикой износа и повторной переработкой.

Позволить автоматический контроль износа обещают новые технологии машинного зрения и алгоритмы ИИ. Например, в KIT создали систему постоянного слежения за износом шарико-винтовых передач станков. Традиционно эти узлы меняются после наработки определённого количества часов, хотя они ещё не износились и могли бы служить дальше.

 Встроенная в гайку шарико-винтовой передачи камера (KIT)

Встроенная в гайку шарико-винтовой передачи камера (KIT)

Сложность в том, что разборка и сборка сложных станков для осмотра рабочих узлов ― это само по себе испытание. И проще заменить деталь заранее, чем уловить момент выхода её из строя. Машинное зрение и ИИ могут непрерывно следить за состоянием узлов и поверхностей деталей и подать сигнал для замены тогда, когда она действительно близка к разрушению.

Но это только один из аспектов будущего устойчивого производства. Планируется создать единую цифровую платформу DigiPrime с улучшенной передачей данных по цепочке производства и поставок. Не должна быть потеряна никакая информация, например, данные жизненного цикла, статистика использования, частые причины ошибок и другое, что может помочь в планировании производства и переработки оборудования и продукции. Ничто не должно быть без учёта и пропасть ― учёт и контроль помогут избежать ненужных трат на производство.

Что касается повторного использования и переработки, то подразумевается создание модульных заводов для разборки и повторной сборки, автономный контроль производства и интегрированный контроль качества. Это многолетние проекты, что также подразумевает создание новых бизнес-моделей и популяризации самой идеи циклической экономики. Звучит заманчиво, но внедрение этих концепций потребует колоссальных усилий от всех участников процесса.

В Китае начали прокладывать самый длинный в мире сверхпроводящий кабель

Шанхайская государственная электросеть начала прокладку самого длинного в мире сверхпроводящего кабеля. Это будет как демонстрационный, так и коммерческий проект. Свойство сверхпроводимости рассматривается энергетиками как перспективный путь для эффективного обеспечения растущих потребностей в электроэнергии в мегаполисах.

Завершение прокладки сверхпроводящего кабеля и создание сопутствующей инфраструктуры ожидается к концу этого года. Длина кабеля составит 1,2 км. Он будет проложен между двумя подстанциями. Проект предусматривает передачу тока силой 2000 А с напряжением 35 кВ. Сопротивление току в кабеле будет отсутствовать или быть близким к нулевому значению. Без этого свойства обеспечить настолько выдающиеся характеристики линии передачи было бы крайне дорого и сложно.

Отдельной причиной для гордости китайцев стало то, что сверхпроводящий кабель для проекта разработан и выпускается в Китае. Он представляет собой пакет из 20 или 30 жил толщиной всего 0,4 мм. Проект опирается на так называемое явление высокотемпературной сверхпроводимости, когда для достижения эффекта нулевого сопротивления носитель тока нужно охлаждать не до температуры близкой к абсолютному нулю (–273 °C), а всего лишь до –196 °C. Последнее означает, что для достижения сверхпроводимости кабель можно охлаждать жидким азотом, а это сравнительно просто и недорого.

Будущая сверхпроводимая линия электропередачи поступит в коммерческую эксплуатацию. Это позволит на практике оценить все плюсы и минусы подобной передачи энергии на сравнительно большие расстояния. Полученный опыт поможет приблизить массовое внедрение в городскую среду сверхпроводящих линий электропередачи.

Городская доставка товаров дронами в десять раз вреднее для экологии, чем дизельными фургонами

Транспорт на электрической тяге, как и возобновляемая энергетика, сулят чистый воздух, снижение выбросов парниковых газов и ощущение, что будущее уже настало. Но реалии таковы, что до этого «будущего» пройдёт ещё не один десяток лет. Для многих станет разочарованием, что мгновенная доставка товаров дронами со склада до порога требует на порядок больше энергии, чем доставка автофургоном с двигателем на дизельном топливе.

 jukai5/Depositphotos

jukai5/Depositphotos

Исследователи из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (Германия) провели расчеты по доставке грузов (посылок) в городские и сельские районы, сравнив беспилотники с дизельными и электрическими фургонами, и сделали несколько интересных открытий. Моделирование доставки на плане Берлина и прилегающих районов выявило, что на сегодняшний день в густонаселенных городских районах электрические фургоны являются наиболее энергоэффективным вариантом доставки. В этой ситуации дизельные фургоны потребляют примерно в пять раз больше энергии, а беспилотники ― в десять раз больше.

Ключевым фактором здесь является плотность населения. Фургоны могут одновременно перевозить сотни предметов (посылок), а когда маршруты доставки короткие и с множеством остановок, тратится минимум энергии. Ниже на графике показаны затраты энергии для каждого средства доставки товаров. Фургоны перевозят условно по 100 товаров весом 2,5 кг за раз. Дроны за раз доставляют одну посылку. Добавим, на иллюстрации затраченная энергия рассчитывается комплексно: «от скважины до колеса». Иначе говоря, учитывается стоимость добычи, переработки и доставки.

В условиях редконаселённой местности дроны начинают тянуть одеяло на себя. Редкие остановки по длинным маршрутам забирают у фургонов их энергоэффективные преимущества. Тогда для доставок единичных товаров на дальность до 8 км при отсутствии или слабом ветре беспилотники становятся более эффективными, чем дизельные фургоны.

 Энрегетические затраты на доставку товаров дронами, дизельными фургонами и фургонами на электрической тяге в зависимости от дальности, числу доставок на одну остановку и силы ветра (Martin Luther Universitat)

Энергетические затраты на доставку товаров дронами (UAV), дизельными фургонами (DV) и фургонами на электрической тяге (EV) в зависимости от дальности, числа доставок на одну остановку и силы ветра (Martin Luther Universitat)

Безусловно, использование энергии не единственное, что нужно учитывать: есть затраты на персонал; факт того, что производство электроэнергии создает меньше загрязнения, чем дизельные автомобили; оплата труда водителей; техническое обслуживание; время простоя для зарядки аккумулятора и многие другие факторы. Но чисто экологический анализ показывает, что электрические фургоны на сегодняшний день являются лучшим решением для того, чтобы быстро и эффективно доставлять много вещей в условиях плотного заселения граждан.

Российская разработка повысит эффективность эксплуатации космической техники на треть

В России разработан передовой композитный каркас для солнечных батарей космической техники, о чём сообщает государственная корпорация Ростех. Новинка демонстрируется на выставке Space Tech Expo Europe-2019 в Бремене (Германия).

 Фотографии Роскосмоса

Фотографии Роскосмоса

Изделие создано специалистами Обнинского научно-производственного предприятия «Технология» им. А. Г. Ромашина (входит в Ростех). Исследования проводились в партнёрстве с НПП «ТАИС».

Главная особенность разработанного продукта — ультралёгкая конструкция. Максимальный удельный вес каркаса составляет около 400 г/м2, а вес с фотоэлементами — менее 1,3 кг/м2. Утверждается, что это один из лучших показателей в мире.

Новинка, как ожидается, позволит существенно увеличить эффективность работы космической техники. Дело в том, что весовые характеристики комплектующих напрямую влияют на жизнедеятельность спутников. Применение солнечных батарей на базе российского композитного каркаса нового поколения позволит уменьшить общую массу космических аппаратов. А это, как отмечается, поможет поднять эффективность эксплуатации космической техники практически на треть — на 30 %.

Ещё одно достоинство разработки — высокая жёсткость. Конструкция позволяет минимизировать возникающие механические колебания космического аппарата, а следовательно, обеспечить стабильное функционирование оборудования. Это особенно важно, когда речь идёт об оптических приборах.

Основа каркаса — новейшие композиционные материалы отечественного производства. Ожидается, что стоимость решения будет в несколько раз ниже стоимости существующих аналогов.

Власти Южной Кореи устанавливают лимит на КПД солнечных панелей

По данным южнокорейского информагентства Electronic Times, власти страны собираются убрать с внутреннего рынка солнечные панели с низкой эффективностью. Ограничения в виде отраслевого стандарта вступят в силу с 2020 года, но этому будет предшествовать дискуссия между рыночными игроками, производителями и представителями властей. Предварительно выработано решение установить минимальное ограничение для производимых, продаваемых и используемых в проектах на территории Южной Кореи солнечных панелей на уровне 17 % КПД.

 В испытательной лаборатории производителя солнечных панелей южнокорейской компании (Staff Reporter Lee, Donggeun)

В испытательной лаборатории производителя солнечных панелей южнокорейской компании Shinsung E&G(Staff Reporter Lee, Donggeun)

Каждый процент эффективности солнечных элементов даёт уменьшение площади под солнечные электростанции на величину от 4 % до 6 %. Для страны, чья территория сравнительно мала по отношению к населению, это важный момент. Каждый пустующий клочок земли желательно использовать с наибольшей отдачей, чему будет способствовать вывод с рынка солнечных панелей с низким значением коэффициента полезного действия.

Сегодня на рынке Южной Кореи обращаются солнечные панели с КПД от 13 % до 20 %. При этом много панелей поступает из Китая и они, как правило, характеризуются минимальным значением эффективности, но стоят примерно на 10 % меньше, чем выпускаемые в Корее. Это заставляет местный бизнес отдавать деньги китайцам, а не отечественному производителю. По слухам, например, на двух строящихся в Южной Корее солнечных электростанциях с мощностью свыше 90 МВт используются панели китайского производства. Ограничение по минимальному значению КПД позволит выйти вперёд корейскому бизнесу и организовать в стране выпуск наиболее передовых, дорогих и высокоэффективных солнечных панелей. В данном случае определение «дорогих» следует расценивать как плюс, который закроет в страну дорогу дешёвой продукции из соседнего Китая и позволит южнокорейским производителям больше зарабатывать.

Насколько важно ограничить в Корее китайское присутствие на рынке солнечных панелей поможет понять такой факт, как быстрое распространение за последние годы китайских панелей в стране. Так, в 2014 году Китай удерживал в Южной Корее 16,5 % рынка солнечных панелей, а уже в 2018 году его доля выросла до 27,5 % и наверняка превысит это значение по итогам 2019 года. Тем самым рынок солнечной энергетики в Корее на треть зависит от китайской продукции, что не может не тревожить правительство страны. Поставленный в виде минимально допустимого значения КПД барьер может исправить ситуацию, хотя местный мелкий и средний бизнес в этой отрасли может попасть в неприятное положение. Собственно, для решения проблемных вопросов власти Южной Кореи отсрочили принятие стандарта по минимальному значению КПД до конца 2019 года.

Toshiba разработала двойную солнечную панель с эффективностью до 40 %

Несмотря на скептицизм, солнечные электростанции стали массовым явлением. Особенно это заметно в Японии, где природные катаклизмы заставляют искать источники энергии без разрушительных побочных «эффектов» в случае повреждения электростанций. Всё это стимулирует поиск материалов и разработку уникальных конструкций для элементов солнечных панелей. Эффективность актуальных решений колеблется в районе 20 %, а этого недостаточно для дальнейшего удешевления «солнечного» ватта.

 Солнечные панели на крышах зданий Центра запчастей Nissan Motor (NMPC) в Амстердаме

Солнечные панели на крышах зданий Центра запчастей Nissan Motor (NMPC) в Амстердаме

Одним из перспективных направлений для повышения КПД фотоэлементов для солнечных панелей считается создание двойных панелей с прозрачной и одновременно поглощающей свет верхней частью и нижней поглощающей частью из обычного кристаллического кремния. Такие панели поглощают свет в более широком диапазоне длин волн, что повышает их эффективность. Однако в производстве они в сотни и даже тысячи раз дороже, чем обычные панели из одного слоя кремниевых фотоэлементов.

Опытные двухслойные солнечные панели выпускаются с использованием внешнего прозрачного слоя из арсенида галлия. Эффективность таких панелей попадает в диапазон 30–40 %. Это на 50–100 % больше, чем в случае однослойных кремниевых элементов. Однако для массового производства использование подобных материалов видится экономически необоснованным. Исправить ситуацию с себестоимостью панелей пытаются разработчики компании Toshiba. Сообщается, что Toshiba разработала двойной солнечный элемент с эффективностью 30–40 %, но на основе закиси меди (Cu2O).

 Опытный двухслойный солнечный элемент Toshiba с эффективностью до 40 % (25 х 25 мм)

Опытный двухслойный солнечный элемент Toshiba с эффективностью до 40 % (25 × 25 мм)

С помощью сложно контролируемого процесса специалисты Toshiba нанесли тонки слой светопоглощающей прозрачной плёнки из Cu2O на обычный кремниевый фотоэлемент. Проблема в точном дозировании подаваемого кислорода, поскольку на выходе может получиться как обычный оксид меди, так и чистая медь. При должной аккуратности на поверхности кремниевого фотоэлемента возникает плёнка с прозрачностью 80 %. Тем самым электричество от падающих солнечных лучей будет вырабатывать как верхний слой из Cu2O, так и нижний из кремния (с потерей 20 % излучения).

В компании обещают довести технологию производства двойных солнечных панелей с верхним слоем из закиси меди до коммерческого уровня в течение трёх следующих лет. Эффективность панелей должна лежать в пределах 30–40 %, но стоимость техпроцесса должна быть существенно оптимизирована.

Каждому электробайку — быструю зарядку и правильный электромотор

Специалисты из научного подразделения ETI (Institute of Electrical Engineering) Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT) взялись подтолкнуть индустрию к решению проблемы неэффективной материальной части велосипедов на электрической тяге — электробайков (E-Bikes). Как считают в ETI, существующие педально-электрические транспортные средства (pedelec) собираются из тех комплектующих, которые есть в доступности, а не из тех, которые специально проектируются для установки на велосипеды. Как результат, эффективность работы электродвигателя на электровелосипеде редко поднимается выше 70 %, а расход батарей предельно высокий и не по нагрузке.

 Сенд для оценки эффективности ходовой части электробайков (KIT)

Стенд для оценки эффективности ходовой части электробайков (KIT)

В области производства электромобилей, напротив, производители смогли добиться эффективности работы электродвигателей на уровне 90 %. Этот опыт, уверены в ETI, можно и нужно транслировать в опыт по целенаправленной разработке двигателей для электробайков. Более того, учёные создали испытательный стенд для велосипедов с электрическим приводом, как это принято в автопроме. На таком стенде велосипед с мотором пройдёт обкатку во всех возможных режимах, и будут получены данные для правильной оценки ходовой и двигательной частей на любой скорости.

Также учёные рекомендуют не останавливаться на одних лишь двигателях. Для электробайков необходимо разрабатывать и выпускать специальные сцепления, свои батареи и другое, без чего невозможно добиться эффективности работы транспортного средства. Все необходимые наработки, уверены учёные, есть у специалистов по «большим моторам» в автопроизводстве. Опыт и представленный ETI стенд сделают всё необходимое для улучшения эффективности электробайков.

Кстати, для велосипедов с электродвигателями необходим стандарт для быстрой зарядки аккумуляторов. Батареи электробайка должны заряжаться за полчаса до заранее установленного объёма, пока, например, владелец посещает магазин или заведение общепита.

Достижение учёных поможет поднять эффективность органических солнечных батарей

Московский физико-технический институт (МФТИ) сообщает о том, что новое достижение международной группы учёных открывает путь к созданию эффективных солнечных батарей на основе органических молекул.

Современные фотоэлектрические преобразователи используют преимущественно поликристаллический кремний. В качестве альтернативы теоретически могут применяться органические соединения — особые полимеры с фотоэлектрическими свойствами. Но проблема заключается в том, что эффективность таких изделий пока невелика.

Для улучшения характеристик органических солнечных батарей учёные предлагают добавлять к полимеру атомы фтора. Ранее полученные данные указывали, что фторированные молекулы образуют упорядоченную структуру и это существенно улучшает фотоэлектрические свойства материала, но полного понимания сути этого процесса у химиков не было.

Теперь же исследователи выяснили, что, меняя молекулярную структуру полимера и добавляя атомы фтора, можно добиться значительного улучшения эффективности органических фотопреобразователей. В частности, КПД удалось увеличить с 3,7 % до 10,2 %.

«Это всё ещё меньше хороших коммерческих солнечных батарей, однако столь значительное увеличение КПД заставляет всерьёз отнестись к новому материалу — такими темпами он может и перегнать сегодняшних фаворитов», — говорят исследователи.

Предполагается, что в перспективе новая технология приведёт к появлению менее дорогих солнечных панелей с расширенной сферой применения.

Новый смарт-хаб Xiaomi сделает работу кондиционера более эффективной

Xiaomi вывела на рынок ещё один смарт-продукт, который рассчитан на взаимодействие с фирменной системой кондиционирования воздуха. Новинка — устанавливаемый в розетку адаптер-хаб с интеллектуальным шлюзом — поможет настроить кондиционер Xiaomi на нужный режим работы и обеспечит таким образом правильный микроклимат в помещении.

Адаптер выступает промежуточным звеном между розеткой домашней электросети и вилкой кондиционера Xiaomi. Электронные компоненты рассматриваемого устройства позволяют ему самостоятельно определять температуру в доме, чтобы автоматически включать кондиционер для охлаждения воздуха до заданного пользователем значения. Управление хабом реализовано дистанционным образом посредством мобильного приложения.

Через смартфон владелец смарт-адаптера с функциями интеллектуального шлюза получит возможность:

  • отслеживать в режиме реального времени уровень энергопотребления подключённого кондиционера;
  • проверять текущее состояние воздуха в помещении на основе собранных датчиками показаний;
  • фиксировать перегрузку домашней электросети, опираясь на статистику аварийных отключений кондиционера.

Хаб изготовлен из огнеупорного (выдерживает температуру до 750 градусов) пластика белого или чёрного цвета. Внешне он мало чем отличается от обычного электрического разветвителя. Смарт-адаптер рассчитан на электроприборы мощностью до 4 кВт и ток до 16А.

Смарт-новинка разработки Xiaomi за счёт поддержки протокола ZigBee способна удалённо взаимодействовать с датчиками влажности, датчиками движения и прочими компонентами «умного» дома, выпущенными именитым китайским производителем. На основе полученной от них информации хабу удастся максимально эффективно управлять кондиционером. Устройство уже поступило в продажу на местном рынке по цене около $24.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥