Создан диод из одной молекулы

Поделиться



Ученые Университета Барселоны разработали диод, состоящий из единственной молекулы размером 1 нм с высоким коэффициентом выпрямления тока.





Современные технологии подошли к физическому пределу в уменьшении электронных компонентов. По словам Исмаэля Диеса-Переса, руководителя проекта по созданию миниатюрного диода, «для того чтобы перейти на следующий уровень миниатюризации, нам придется использовать в качестве активных компонентов цепи отдельные молекулы».

Ученые, опубликовавшие результаты своих исследований в журнале Nature Communications, использовали органические молекулы, зажатые между двумя наноэлектродами, соединенными в единую цепь длиной не более 1 нм. Получившийся диод из одной молекулы превосходит остальные по миниатюрности и по яркости. «Такой подход позволяет собирать тысячи миллиардов диодов на крошечном кремниевом чипе», — уверяет Диес-Перес.





Изобретение испанских ученых, как и любой диод, позволяет току двигаться в одном направлении, при этом коэффициент выпрямления тока превосходит 4000 при использовании низколегированного кремния. Такие показатели сравнимы по эффективности с современными диодами гораздо более крупных размеров.

Сейчас команда ученых работает над достижением еще более высоких коэффициентов выпрямления тока и повышением срока жизни этих мономолекулярных цепей, что приближает нас к разработке мономолекулярных устройств.

Жесткий диск, которому для хранения информации достаточно одного атома, разработала недавно компания IBM. Благодаря этой технологии можно сохранить всю музыкальную коллекцию iTunes (35 млн песен) на диске размером с кредитную карту. Правда, до практического применения такой технологии еще далеко — системе требуется туннельный электронный микроскоп, охлаждаемый азотом, и вакуум. опубликовано  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: //hightech.fm/2017/04/27/single-molecule-diode

Ученые придумали, как повысить КПД солнечных элементов на 50%

Поделиться



Новая конструкция солнечных элементов, представленная учеными Университета Кобе (Япония) способна увеличить эффективность конверсии более чем на 50%, поглощая более длинные волны, чем обычно.

Для того чтобы сократить потери энергии и повысить эффективность конверсии, команда профессора Такаши Кита использовала два фотона из энергии, передаваемой через солнечный элемент и содержащий гетеро-интерфейс, сформированный из полупроводников с разным поглощением. При помощи этих фотонов они разработали новую структуру солнечного элемента.





В ходе теоретических испытаний солнечные элементы новой конструкции достигли эффективности конверсии 63% и преобразования с повышением частоты на основании этих двух фотонов. Сокращение потерь энергии более чем в 100 раз, продемонстрированные на основании этого эксперимента, оказалось более эффективным, чем другие методы, при которых используются средние диапазоны частот.

Ученые собираются продолжить совершенствовать конструкцию солнечных элементов и повышать их КПД, чтобы снизить стоимость выработки электроэнергии.





Теоретически, верхний предел КПД обычных солнечных элементов составляет 30%, и большая часть солнечной энергии, попадающей на элемент, теряется впустую или становится тепловой энергией. Эксперименты, которые проводятся по всему миру, пытаются обойти это ограничение. ктричестваЕсли коэффициента конверсии ячейки превысит 50%, это окажет значительное влияние на стоимость производства эле.

Недавно о новом рекорде эффективности кремниевых мультиконтактных солнечных элементов сообщили ученые Германии и Австрии, добившись производительности 31,3%. Они использовали технологию сращивания пластин, которая часто применяется в сфере микроэлектроники. Кстати, предыдущий рекорд принадлежит им же — в ноябре прошлого года КПД солнечных элементов составил 30,2%. опубликовано  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: //hightech.fm/2017/04/25/solar-cells

Перечень самых эффективных солнечных батарей

Поделиться



В последнее время солнечная энергетика развивается столь бурными темпами, что за 10 лет доля солнечного электричества в мировой годовой выработке электроэнергии увеличилась с 0.02% в 2006 году до почти одного процента в 2016 году.



Dam Solar Park — самая большая СЭС в мире. Мощность 850 мегаватт. 

Основным материалом для солнечных электростанций является кремний, запасы которого на Земле практически неистощимы. Одна беда – эффективность кремниевых солнечных батарей оставляет желать лучшего. Самые эффективные солнечные батареи имеют коэффициент полезного действия, не превышающий 23%. А средний показатель эффективности колеблется от 16% до 18%. Поэтому исследователи всего мира, занятые в области солнечной фотовольтаики, работают на тем, чтобы освободить солнечные фотопреобразователи от имиджа поставщика дорогого электричества.

Развернулась настоящая борьба за создание солнечной суперячейки. Основные критерии – высокая эффективность и низкая стоимость. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) в США даже выпускает периодически бюллетень, в котором отражаются промежуточные результаты этой борьбы. И в каждом выпуске показываются победители и проигравшие, аутсайдеры и выскочки, случайно ввязавшиеся в эту гонку.

 

Лидер: солнечная многослойная ячейка

Эти гелиевые преобразователи напоминают сэндвич из разных материалов, в том числе из перовскита, кремния и тонких пленок. При этом каждый слой поглощает свет только определенной длины волны. В результате эти при равной площади рабочей поверхности многослойные гелиевые ячейки вырабатывают значительно больше энергии, чем другие.

Рекордное значение эффективности многослойных фотопреобразователей было достигнуто в конце 2014 года совместной немецко-французской группой исследователей под руководством доктора Франка Димрота во Фраунгоферовском институте систем солнечной энергии. Была достигнута эффективность в 46%. Такое фантастическое значение эффективности было подтверждено независимым исследованием в NMIJ/AIST — крупнейшем метрологическом центре Японии.



Многослойная солнечная ячейка. Эффективность – 46%

Эти ячейки состоят из четырех слоев и линзы, которая концентрирует на них солнечный свет. К недостаткам следует отнести наличие в структуре субстрата германия, который несколько увеличивает стоимость солнечного модуля. Но все недостатки многослойных ячеек в конечном счете устранимы, и исследователи уверены, что в самом ближайшем будущем их разработка выйдет из стен лабораторий в большой мир.

 

Новичок года — перовскит

Совершенно неожиданно в гонку лидеров вмешался новичок – перовскит. Перовскит – это общее название всех материалов, имеющих определенную кубическую структуру кристаллов. Хотя перовскиты известны давно, исследование солнечных ячеек, изготовленных из этих материалов, началось только в период с 2006 по 2008 годы. Первоначальные результаты были разочаровывающими: эффективность перовскитных фотопреобразователей не превышала 2%. При этом расчеты показывали, что этот показатель может быть на порядок выше. И действительно, после ряда успешных экспериментов корейские исследователи в марте 2016 года получили подтвержденную эффективность 22%, что само по себе уже стало сенсацией.



Перовскитный солнечный элемент

Преимуществом перовскитных элементов является то, что с ними более удобно работать, их легче производить, чем аналогичные кремниевые элементы. При массовом производстве перовскитных фотопреобразователей цена одного ватта электроэнергии могла бы достигнуть $0.10. Но специалисты считают, что до тех пор, пока перовскитные гелиевые ячейки достигнут максимальной эффективности и начнут выпускаться в промышленном количестве, стоимость «кремниевого» ватта электричества может быть существенно снижена и достигнуть того же уровня в $0.10.

 

Экспериментально: квантовые точки и органические солнечные ячейки

Эта разновидность солнечных фотопреобразователей пока находится на ранней стадии развития и пока не может рассматриваться как серьезный конкурент существующим гелиевым ячейкам. Тем не менее разработчик – Университет Торонто – утверждает, что согласно теоретическим расчетам, эффективность солнечных батарей на базе наночастиц – квантовых точек ‒ будет выше 40%. Суть изобретения канадских ученых состоит в том, что наночастицы – квантовые точки ‒ могут поглощать свет в различных диапазонах спектра. Изменяя размеры этих квантовых точек, можно будет выбрать оптимальный диапазон работы фотопреобразователя.

Солнечная ячейка на базе квантовых точек

А учитывая, что этот нанослой может наноситься методом распыления на любую, в том числе и прозрачную основу, то в практическом применении этого открытия просматриваются многообещающие перспективы. И хотя на сегодняшний день в лабораториях при работе с квантовыми точками достигнут показатель эффективности, равный всего11.5%, сомнений в перспективности этого направления нет ни у кого. И работы продолжаются.

 

Solar Window – новые солнечные ячейки с эффективностью 50%

Компания Solar Window из штата Мэриленд (США) представила революционную технологию «солнечного стекла», которая в корне меняет традиционные представления о солнечных батареях.

Ранее уже были сообщения о прозрачных гелиевых технологиях, а также о том, что эта компания обещает увеличить в разы эффективность солнечных модулей. И, как показали последние события, это были не просто обещания, а эффективность 50% — уже не только теоретические изыски исследователей компании. В то время как другие производители только выходят на рынок с более скромными результатами, Solar Window уже представила свои поистине революционные высокотехнологичные разработки в области гелиевой фотовольтаики.

Эти разработки открывают дорогу к выпуску прозрачных солнечных батарей, имеющих значительно более высокую эффективность по сравнению с традиционными. Но это не единственный плюс новых солнечных модулей из Мэриленда. Новые гелиевые элементы могут легко крепиться к любым прозрачным поверхностям (например, к окнам), могут работать в тени или при искусственном освещении. Благодаря своей дешевизне инвестиции в оснащение здания такими модулями могут окупиться в течение года. Для сравнения следует отметить, что срок окупаемости традиционных солнечных батарей колеблется от пяти до десяти лет, а это – огромная разница.

Солнечные ячейки от компании Solar Window

Компания Solar Window озвучила некоторые детали новой технологии получения солнечных батарей, имеющих столь высокую эффективность. Разумеется, главные know how остались за скобками. Все гелиевые элементы изготовлены, в основном, из органического материала. Слои элементов состоят из прозрачных проводников, углерода, водорода, азота и кислорода. По данным компании, производство этих солнечных модулей настолько безвредно, что оно оказывает в 12 раз меньшее воздействие на окружающую среду, чем производство традиционных гелиевых модулей. В течение ближайших 28 месяцев первые прозрачные солнечные батареи будут установлены в некоторых зданиях, школах, офисах, а также в небоскребах.

Если говорить о перспективах развития гелиевой фотовольтаики, то очень похоже, что традиционные кремниевые солнечные батареи могут отойти в прошлое, уступив место высокоэффективным, легким, многофункциональным элементам, открывающим самые широкие горизонты гелиевой энергетике. опубликовано  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: //solarb.ru/perechen-samykh-effektivnykh-solnechnykh-batarei

Vinobot — полевой робот-агроном

Поделиться



Маленький помощник ездит вокруг растений и изучает их состояние. Роборукой он измеряет температуру, влажность и угол наклона листьев. Данные робот посылает исследователям, которые пытаются выяснить, как максимально эффективно использовать пространство полей под выращивание различных культур.

Полевой робот-агроном





В этом деле у Vinobot есть напарник — высокая башня с 3D-камерами на солнечных батареях. Она сканирует посевы и ищет проблемные участки. В случае подозрений туда направляется робот-помощник. Робот с помощью роборуки с датчиками создает объемную модель растения, что позволяет фермерам или ученым дистанционно определить, как растение справляется с текущими погодными условиями. Робот учитывает даже угол наклона листьев к стеблю растений. Эта информация особенно важна во время засух. Ученые смогут следить за тем, как растения ведут себя в суровых условиях.

Робот собирает данные о влажности, освещенности и о температуре в разных частях растения — температура измеряется на трех разных высотах. Вся получаемая информация используется для анализа текущего способа посадки культуры. Теоретически, такие замеры должны привести к самому оптимальному по плотности варианту засаживания полей. Сегодня основная задача человечества — выяснить, как на одном поле выращивать сразу несколько культур максимально эффективно. Без этого человечество просто не сможет справиться с насыщением своей увеличивающейся популяции. 

Другой подход к производству пищи — изменение самого формата выращивания растений. Перенос их с полей в различные замкнутые системы. Одним из таких трендов стали цифровые фермы, где умные датчики анализируют состояние растений, уровень освещения, а системы полива и подпитки удобрениями включаются автоматически. Там светодиоды вместо солнца и питательный раствор вместо почвы.





В любом случае, сельское хозяйство — это та область, где человек уже сильно уступает роботам. Так тракторы-автопилоты неплохо справляются с вверенными им полями. И в Японии уже планируют потеснить ими часть живых фермеров. Людей меняют на роботов и молочные фермы. Роботы непрерывно следят за каждым из растений. Человеку уже никогда не обеспечить такую эффективность собственноручно. опубликовано  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: //hightech.fm/2017/04/11/vinobot

Термоакустический двигатель – двигатель Стирлинга без поршней

Поделиться



Двигатель Стирлинга – двигатель с внешним подводом тепла. Внешний подвод тепла – это очень удобно, когда есть необходимость использовать в качестве источника тепла не органические виды топлива. Например, можно использовать солнечную энергию, геотермальную энергию, бросовое тепло с различных предприятий. 
 





Приятная особенность цикла Стирлинга – это то, что его КПД равен КПД цикла Карно [1]. Естественно у реальных двигателей Стирлинга эффективность ниже и зачастую намного. Двигатель Стирлинга начал своё существование с устройства, имеющего множество подвижных деталей, таких как поршни, шатуны, коленчатый вал, подшипники. К тому же еще и ротор генератора крутился (Рисунок 1).
 





Рисунок 1 – Двигатель Стирлинга альфа типа

Посмотрите на двигатель Стирлинга Альфа типа. При вращении вала поршни начинают перегонять газ то из холодного в горячий цилиндр, то наоборот, из горячего в холодный. Но они не просто перегоняют, а ещё и сжимают и расширяют. Совершается термодинамический цикл. Можно мысленно представить на картинке, что когда вал повернётся так, что ось, на которую крепятся шатуны, окажется вверху, то это будет момент наибольшего сжатия газа, а когда внизу, то расширения. Правда это не совсем так из-за тепловых расширений и сжатий газа, но примерно всё же всё это так. 

Сердцем двигателя является так называемое ядро, которое состоит из двух теплообменников – горячего и холодного и между ними находится регенератор. Теплообменники обычно делаются пластинчатыми, а регенератор – это чаще всего стопка, набранная из металлической сетки. Зачем нужны теплообменники понятно – нагревать и охлаждать газ, а зачем нужен регенератор? А регенератор – это настоящий тепловой аккумулятор. Когда горячий газ движется в холодную сторону, он нагревает регенератор и регенератор запасает тепловую энергию. Когда газ движется из холодной на горячую сторону, то холодный газ подогревается в регенераторе и таким образом это тепло, которое без регенератора бы безвозвратно ушло на нагрев окружающей среды, спасается. Так что, регенератор – крайне необходимая вещь. Хороший регенератор повышает КПД двигателя примерно в 3,6 раза. 

Любителям, которые мечтают построить подобный двигатель самостоятельно, хочу рассказать подробнее про теплообменники. Большинство самодельных двигателей Стирлинга, из тех что я видел, вообще не имеют теплообменников (я про двигатели альфа типа). Теплообменниками являются сами поршни и цилиндры. Один цилиндр нагревается, другой охлаждается. При этом площадь теплообменной поверхности, контактирующей с газом совсем мала. Так что, есть возможность значительно увеличить мощность двигателя, поставив на входе в цилиндры теплообменники. И даже на рисунке 1 пламя направлено прямиком на цилиндр, что в заводских двигателях не совсем так.

Вернёмся к истории развития двигателей Стирлинга. Итак, пускай двигатель во многом хорош, но наличие маслосъёмных колец и подшипников снижало ресурс двигателя и инженеры напряжённо думали, как его улучшить, и придумали. 

В 1969 году Вильям Бейл исследовал резонансные эффекты в работе двигателя и позже смог сделать двигатель, для которого не нужны ни шатуны ни коленчатый вал. Синхронизация поршней возникала из-за резонансных эффектов. Этот тип двигателей стал называться свободнопоршневым двигателем (Рисунок 2). 
 





Рисунок 2 – Свободнопоршневой двигатель Стирлинга

На рисунке 2 показан свободнопоршневой двигатель бета типа. Здесь газ переходит из горячей области в холодную, и наоборот, благодаря вытеснителю (который движется свободно), а рабочий поршень совершает полезную работу. Вытеснитель и поршень совершают колебания на спиральных пружинах, которые можно видеть в правой части рисунка. Сложность в том, что их колебания должны быть с одинаковой частотой и с разностью фаз в 90 градусов и всё это благодаря резонансным эффектам. Сделать это довольно трудно.

Таким образом, количество деталей уменьшили, но при этом ужесточились требования к точности расчётов и изготовления. Но надёжность двигателя, несомненно, возросла, особенно в конструкциях, где в качестве вытеснителя и поршня применяются гибкие мембраны. В таком случае в двигателе вообще отсутствуют трущиеся детали. Электроэнергию, при желании, с такого двигателя можно снимать с помощью линейного генератора.

Но и этого инженерам оказалось не достаточно, и они начали искать способы избавиться не просто от трущихся деталей, а вообще от подвижных деталей. И они нашли такой способ.

В семидесятых годах 20-го века Петер Цеперли понял, что синусоидальные колебания давления и скорости газа в двигателе Стирлинга, а также тот факт, что эти колебания находятся в фазе, невероятно сильно напоминают колебания давления и скорости газа в бегущей звуковой волне (рис.3).





Рисунок 3 — График давления и скорости бегущей акустической волны, как функция времени. Показано, что колебания давления и скорости находятся в фазе.

Эта идея пришла Цеперли не случайно, так как до него было множество исследований в области термоакустики, например, ещё сам лорд Рэлей в 1884 качественно описал это явление. 

Таким образом, он предложил вообще отказаться от поршней и вытеснителей, и использовать только лишь акустическую волну для контроля над давлением и движением газа. При этом получается двигатель без движущихся частей и теоретически способный достичь КПД цикла Стирлинга, а значит и Карно. В реальности лучшие показатели – 40-50 % от эффективности цикла Карно (Рисунок 4).





Рисунок 4 – Схема термоакустического двигателя с бегущей волной

Можно видеть, что термоакустический двигатель с бегущей волной – это точно такое же ядро, состоящее из теплообменников и регенератора, только вместо поршней и шатунов здесь просто закольцованная труба, которая называется резонатором. Да как же работает этот двигатель, если в нём нет никаких движущихся частей? Как это возможно?

Для начала ответим на вопрос, откуда там берётся звук? И ответ – он возникает сам собой при возникновении достаточной для этого разницы температур между двумя теплообменниками. Градиент температуры в регенераторе позволяет усилить звуковые колебания, но только определённой длины волны, равной длине резонатора. С самого начала процесс выглядит так: при нагреве горячего теплообменника возникают микро шорохи, возможно даже потрескивания от тепловых деформаций, это неизбежно. Эти шорохи – это шум, имеющий широкий спектр частот. Из всего этого богатого спектра звуковых частот, двигатель начинает усиливать то звуковое колебание, длина волны которого, равна длине трубы – резонатора. И неважно насколько мало начальное колебание, оно будет усилено до максимально возможной величины. Максимальная громкость звука внутри двигателя наступает тогда, когда мощность усиления звука с помощью теплообменников равна мощности потерь, то есть мощности затухания звуковых колебаний. И эта максимальная величина порой достигает огромных величин в 160 дБ. Так что внутри подобного двигателя действительно громко. К счастью, звук наружу выйти не может, так как резонатор герметичен и по этому, стоя рядом с работающим двигателем, его еле слышно. 

Усиление определённой частоты звука происходит благодаря всё тому же термодинамическому циклу – циклу Стирлинга, который осуществляется в регенераторе.



Рисунок 5 – Стадии цикла грубо и упрощённо.

Как я уже писал, в термоакустическом двигателе вообще нет движущихся частей, он генерирует только акустическую волну внутри себя, но, к сожалению, без движущихся частей снять с двигателя электроэнергию невозможно. 

Обычно добывают энергию из термоакустических двигателей с помощью линейных генераторов. Упругая мембрана колеблется под напором звуковой волны высокой интенсивности. Внутри медной катушки с сердечником, вибрируют закрепленные на мембране магниты. Вырабатывается электроэнергия.

В 2014 году Kees de Blok, Pawel Owczarek и Maurice Francois из предприятия Aster Thermoacoustics показали, что для преобразования энергии звуковой волны в электроэнергию, годится двунаправленная импульсная турбина, подключенная к генератору.



Рисунок 6 – Схема импульсной турбины

Импульсная турбина крутится в одну и ту же сторону вне зависимости от направления потока. На рисунке 6 схематично изображены лопатки статора по бокам и лопатки ротора посередине. 
А так турбина выглядит у них в реальности:



Рисунок 7 – Внешний вид двунаправленной импульсной турбины

Ожидается, что применение турбины вместо линейного генератора сильно удешевит конструкцию и позволит увеличить мощность устройства вплоть до мощностей типичных ТЭЦ, что невозможно с линейными генераторами. опубликовано  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: geektimes.ru/post/287578/

Побит рекорд КПД кремниевых солнечных панелей

Поделиться



Группа инженеров из немецкого Института солнечных энергосистем имени Фраунгофера (ISE) и австрийский производитель полупроводников EV Group (EVG) поставили новый рекорд эффективности кремниевых мультиконтактных солнечных элементов, добившись КПД 31,3%.

Ученые добились столь высокого показатели эффективности у трехконтактных солнечных ячеек. Предыдущий рекорд та же команда инженеров установила в ноябре прошлого года — тогда КПД солнечных элементов составил 30,2%.





При создании новых солнечных панелей исследователи использовали технологию сращивания пластин, которая часто применяется в сфере микроэлектроники. Методика позволяет переносить слой полупроводниковых материалов III-V группы толщиной в несколько микрометров на кремний. После плазменной активации поверхности субъячеек соединяются в вакууме под давлением. В результате атомы полупроводниковых материалов соединяются с атомами кремния, что приводит к формированию монолитной конструкции, которая, в свою очередь, обеспечивает более высокий коэффициент фотоэлектрического преобразования.





Трехконтактные солнечные элементы состоят из трех субъячеек, наложенных друг на друга. Они выполнены из фосфида галлия индия (GaInP), арсенида галлия (GaAs) и кремния (Si). Все три субъячейки соединены тоннельными диодами. GaInP преобразует в электричество излучение в диапазоне волн длиной от 300 до 670 нм, GaAs — от 500 до 890 нм, а Si — от 650 до 1180 нм.

Элементы внешне не отличаются от традиционных солнечных элементов, отмечают ученые в пресс-релизе. Это позволяет крепить их на обычные модули солнечных панелей.

Недавно группа инженеров компании Kaneka Corp. разработала кремниевые солнечные панели с КПД 26,3%. Гибридная архитектура и технология гетероперехода позволяют добиться еще более высоких показателей. Так в январе 2016 года инженеры из Национальной лаборатории возобновляемой энергии США и швейцарского Центра электроники и микротехнологии повысили коэффициент производительности двойных солнечных элементов III-V/Si, соединенных с помощью технологии гетероперехода, до 29,8%. опубликовано  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: hightech.fm/2017/03/30/fraunhofer

Перовскитные солнечные панели появятся на рынке через полтора года

Поделиться



Всемирный экономический форум признал солнечные элементы из перовскитов одной из 10 наиболее значимых технологий 2016 года. Ежегодно ученые со всего мира публикуют до 1500 научных работ по этой теме, хотя первая публикация появилась всего 8 лет назад. Ожидается, что именно этот минерал сможет совершить прорыв в индустрии солнечных панелей, которая, по данным IHS Markit, оценивается в $42 млрд.

Перовскиты обладают кристаллической структурой, которая позволяет им эффективно впитывать свет. Кроме того, их можно смешивать с жидкостью и наносить на различные поверхности — от стекла до пластика — в виде спрея.





Изначально научное сообщество отнеслось к солнечными панелям на основе перовскитов с недоверием. Кремниевые солнечные батареи уже доказали свою хоть и умеренную, но эффективность, а уникальные свойства перовскитов еще не были доказаны. Однако уже в 2012 году КПД элементов на основе перовскитов составил 10% — на тот момент, это был рекордный показатель.

На сегодняшний день перовскитные модули достигают КПД в 21,7%в лабораторных условиях. И такого результата удалось достичь менее чем за 5 лет. При этом по данным ВЭФ, эффективность традиционных солнечных панелей на основе кремния не меняется уже 15 лет.

Ученые продолжают экспериментировать с технологией. В сентябре прошлого года инженеры из Федеральной политехнической школы Лозанны достигли показателя 21,6%, добавив в состав панелей рубидий. Ученые из Оксфордского и Стэнфордского университетов создали панели из двух слоев перовскитов с КПД 20,3%.





Однако по-настоящему изменить рынок солнечных панелей обещает Oxford Photovoltaics, которая разрабатывает тонкие фотоэлектрические пленки на основе перовскита. Модули можно будет печатать на любых поверхностях. Только за декабрь 2016 года компания привлекла дополнительное финансирование в размере $10 млн. Готовый продукт Oxford Photovoltaics обещает представить уже в конце этого года, а на рынке он появится к концу 2018.

Но прежде чем солнечный модуль можно будет наносить как спрей, ученым придется решить несколько проблем. Перовскиты должны стабильно функционировать во внешней среде в течение долгого времени — пока что такие модули быстро выходят из строя. Необходимо усовершенствовать процесс нанесения перовскитного состава так, чтобы он распределялся равномерно. В то же время разработчики кремниевых солнечных панелей продолжают совершенствовать технологии. Недавно ученый и бизнесмен Зенгронг Ши разработал новую легкую, гибкую и ультратонкую солнечную панель eArche, которая обладает на 80% меньшей массой, чем ее аналоги. опубликовано  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: hightech.fm/2017/03/24/spray_on_solar_cells

Ученые повысили эффективность полупрозрачных солнечных панелей

Поделиться



Группа ученых из Швейцарского федерального института по материаловедению и технологиям разработала органические солнечные батареи с высоким фактором прозрачности и эффективности. Панели могут использоваться для покрытия больших площадей, в том числе окон, крыш и теплиц.

Полупрозрачные органические солнечные панели (ОСП) не требуют больших затрат в производстве и подходят для различных поверхностей. Но главная проблема батарей такого типа — это уровень конверсии. Инженерам приходится выбирать или прозрачность, или эффективность преобразования энергии. Исследователям из Швейцарского федерального института по материаловедению и технологиям удалось решить эту проблему.





Обычно роль активных материалов в ОСП выполняет двухкомпонентная смесь из впитывающего свет донорского полимера и фуллеренового акцептора. Чтобы повысить прозрачность панели приходится уменьшать плотность двухкомпонентной пленки. В результате эффективность преобразования энергии снижается, так как тонкий слой впитывает меньше солнечного света.

Швейцарские ученые использовали трехкомпонентную смесь, добавив гибкое и прозрачное электродное покрытие, которое наносится в процессе ламинирования панели. Также инженеры дополнили полимерно-фуллериновый слой специальным красителем, который впитывает свет только в ближнем инфракрасном диапазоне. В результате группа ученых получила органические солнечные панели с показателем прозрачности 51% и эффективностью преобразования энергии 3% — больше, чем у аналогов. Результаты исследования были опубликованы в журнале STAM.





В мае ИМЕК (Микро- и наноэлектронный научный центр в Левене) представил первый полупрозрачный перовскитовый модуль с рекордным уровнем конверсии 12%. В сочетании с традиционными кремниевыми элементами такие панели могут дать 20,2% эффективности. опубликовано  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: hightech.fm/2017/03/15/transparent_panels

Как изготовить установку для производства тепловой энергии

Поделиться



Тепловая установка Френетта своими руками

 

Достаточно интересная разработка, позволяющая обеспечить отопление различных помещений — тепловая установка Френетта (своими руками создать такой агрегат достаточно просто, это по силам любому народному умельцу), не требующий никаких типов топлива.

Сразу стоит оговориться о том, что, несмотря на схожесть названия, данная установка не имеет ничего общего с геотермальными тепловыми насосами, данные конструкции работают по совершенно другому принципу.





Схема теплового насоса Френетта

 

Основной принцип работы установки Френетта

Из школьного курса физики известно о том, что сила трения между различными веществами способна привести к их разогреву до достаточно высоких температур. Именно эта особенность и была положена изобретателем Евгением Френеттом в основу созданного им теплового устройства.

Применяемые сегодня тепловые насосы Френетта претерпели множество изменений, конструкция устройства была значительно модифицирована и усовершенствована, но основной принцип функционирования остался прежним.

Насос данного типа представляет собой два сосуда, помещенных один внутрь другого, при этом пространство между ними заполняется техническим маслом. Внутренний цилиндр подсоединяется к валу электродвигателя, вращающемуся с большой скоростью. Благодаря этому под воздействием сил трения между поверхностями цилиндров и теплоносителем (маслом) происходит его разогрев до достаточно высоких температур.

Полученная тепловая энергия передается на традиционный радиатор отопления (масло поступает к нему по системам трубопроводов) или используется для нагрева воздуха, из которого при помощи встроенное крыльчатки формируются тепловые потоки.

По словам производителей, принцип действия теплового насоса Френетта позволяет получить устройство, КПД которого достигает 1000%, конечно поверить в это сложно (исходя обычных школьных знаний физики).





В первую очередь стоит отметить тот факт, что в качестве теплоносителя стоит применять именно масло, которое имеет большую (по сравнению с водой) температуру кипения. Конечно, имеются и водяные модификации насосов, но они имеют более сложную конструкцию. Это связано с тем, что получаемой в результате трения энергии хватает для перехода воды в парообразное состояние, в результате чего создается избыточное давление в системе, что приводит к необходимости повышения надежности всех узлов конструкции.





На практике применяют заводские установки и самодельные насосы Френетта, наиболее распространены следующие модификации:

  • Насосы с горизонтальным расположением рабочих цилиндров (барабанов) имеют небольшие габаритные размеры. Существуют модели, в которых роль внутреннего цилиндра играет вал электродвигателя, что позволяет существенно упростить конструкцию. Но при этом стоит особое внимание уделить уплотнению всех узлов при помощи сальников, резиновых манжет и других подобных элементов, протекание теплоносителя не допускается. Такой насос Френетта обеспечивает нагрев масла и подачу его в традиционный радиатор отопления.
  • Устройство, способное работать с повышенной эффективностью, представляет собой конструкцию из двух рабочих барабанов и крыльчатки. Центробежная сила, возникающая при раскручивании жидкости крыльчаткой, приводит к выбросу масла в минимальный зазор между поверхностями цилиндров. При этом количество выделяемой под действием сил трения тепловой энергии существенно увеличивается. Такая конструкция так же подключается к бытовым радиаторам отопления.
  • Промышленная установка, работающая по принципу насоса Френетта, в которой в качестве теплоносителя используется вода, способна работать без внешнего питающего устройства. Помните о том, что создать такую установку в домашних условиях практически невозможно, она представляет интерес только в промышленных масштабах.
 

Модель теплового насоса Френетта

 

Внутренний цилиндр представляет собой грибообразную конструкцию. При работе насоса теплоноситель (вода) нагревается до кипения и превращается в пар, возникающие реактивные силы обеспечивают его движение по внутренним каналам установки с высокой скоростью (достигает 135 метров в минуту). Благодаря этому обеспечивается высокая эффективность работы установки.

Все заводские модификации имеют достаточно высокую стоимость, поэтому особый интерес вызывают конструкции, которые можно самостоятельно собрать в домашних условиях.

 

Самодельный насос Френетта

 

Смонтировать насос Френетта своими руками достаточно просто, при этом вам не потребуются дорогостоящие детали и конструктивные узлы. Установка не требует применения дополнительных крыльчаток, а функции внутреннего цилиндра выполняют несколько обычных стальных дисков, размещенных на приводном валу.

Итак, основные элементы самодельной системы отопления, работающей по принципу теплового насоса Френетта:

  • Стальной наружный цилиндр подходящего диаметра.
  • Металлические диски, размер которых несколько меньше, чем внутренний диаметр цилиндра. Помните о том, что эффективность работы устройства будет повышаться по мере уменьшении зазора между конструктивными элементами.
  • Небольшой электродвигатель с удлиненным валом, на который монтируются внутренние диски.
  • Минеральное или другое техническое масло (например, рапсовое или хлопковое).
  • Система трубопроводов, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя и бытовой радиатор отопления.
  • Вал электродвигателя или рабочая ось, соединенная с ним, устанавливается внутри наружного цилиндра на подшипниках. При этом не стоит забывать о надежном уплотнении данных узлов. На ось с определенным зазором монтируется требуемое количество рабочих диском. Обеспечить расстояние между ними можно при помощи гаек, которые накручиваются после каждого очередного диска. Высота гайки обычно не превышает 5-6 мм, количество дисков подбирается исходя из высоты цилиндра, весь внутренний объем должен быть заполнен ими.
В корпусе установки (наружном цилиндре) делают два отверстия (сверху и снизу). Через верхнее разогретое масло будет подаваться в систему отопления, а для его возврата в установку используется нижнее отверстие.

После сборки основных узлов насоса необходимо заполнить его маслом, подключить рабочую ось и электрическому приводу, входной и выходной патрубки к магистрали отопления. После герметизации конструкции можно запускать самодельный насос Френетта в работу.

Чтобы упростить управление устройством, сделать его эксплуатацию более удобной и эффективной, рекомендуется собрать систему автоматического управления, которая способно обеспечить включение установки при понижении температуры в помещении до определенного критического значения.

 

Область применения тепловых установок

 

В принципе устройства данного типа можно использовать для обогрева самых различных помещений, начиная от гаражей, хозяйственных построек, жилых и производственных зданий, никаких ограничений в данном вопросе не существует.

Если использовать насос Френетта для обогрева отдельной комнаты или помещения, то целесообразно подключать его к обычным отопительным радиаторам. При применении данного устройства для обеспечения отопления в жилом доме, стоит рассмотреть возможность его совместной эксплуатации с системами водяного теплого пола. Такое конструктивное решение обеспечивает наиболее эффективное отопление. В этом случае датчик, обеспечивающий автоматическую работу, устанавливается в корпусе насоса, а не в стяжке (как для традиционных систем теплого пола).

Несмотря на то, что в эффективность работы такого простого устройства трудно поверить, практика показывает его надежность и высокую работоспособность. Поэтому, если вы задумались об обеспечении энергонезависимого отопления, обязательно рассмотрите возможность установки насосов Френетта. опубликовано 

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое сознание - мы вместе изменяем мир! ©

Источник: ecology.md/page/kak-izgotovit-teplovoj-nasos-frenetta-svoimi-rukami

Европейские ученые создали новый сверхпроводящий материал

Поделиться



В рамках европейского исследовательского проекта Eurotapes разработана дешевая и более эффективная сверхпроводящая лента, которая однажды сможет удвоить производительность ветряных турбин.

Eurotapes изготовил 600 метров такой ленты, сообщил координатор проекта Ксавье Обрадорс. «Этот материал, оксид меди, похож на нить, которая проводит в 100 раз больше электричества, чем чистая медь. Из нее можно, к примеру, делать электрические кабели или генерировать гораздо более мощное магнитное поле», — сказал он.





Когда ток проходит через проводник, такой как медь или серебро, часть его теряется в виде тепла, и с расстоянием эти потери возрастают. В сверхпроводимости электрическое сопротивление исчезает в некоторых металлах, когда их охлаждают до абсолютного нуля (-273 градусов по Цельсию).

Однажды с помощью этого материала можно будет изготовить более мощные и легкие ветряные турбины, которые вдвое превзойдут по производительности нынешние, говорит координатор Eurotapes.

Для достижения нулевой потери энергии кабель, заключенный в трубку, помещается в жидкий азот, но эта сложная и дорогая технология еще не дошла до стадии серийного производства. Пока энергетические компании проводят пилотные испытания.





Eurotapes — это проект, объединяющий мировых лидеров в сфере полупроводников из девяти европейских стран: Австрии, Бельгии, Великобритании, Франции, Германии, Италии, Румынии, Словакии и Испании. Основное финансирование (20 млн евро) выделил Евросоюз. Цель проекта — найти такой материал, которые станет сверхпроводником при комнатной температуре, что позволит осуществлять передачу энергии на большие расстояния с нулевыми потерями.

Один из вариантов решения этой задачи предлагает Иван Бозовик и его команда из Национальной лаборатории в Брукхейвене (США). Ученые изучают купраты, вещества, состоящие из меди и кислорода. В соединении со стронцием и некоторыми другими элементами они проявляли свойства сверхпроводников, но не требовали экстремально низких температур, как обычные сверхпроводники. опубликовано  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: hightech.fm/2017/03/16/superconductivity-breakthrough