НТИ июнь 2012 Энергия, Электроника Ч.1

Уважаемые коллеги, читатели «Методолога»!

К июню почему-то стали иссякать некоторые ранее полноводные источники информации. Поэтому конкуренция новостей между собой была слабой. Ну что же, будем искать альтернативные источники, впадающие в реку по имени «факт». Буду рад, если уважаемые читатели помогут мне в этом.

Раздел ЭКОЛОГИЯ в июне отдыхает. В разделе ЭНЕРГИЯ как водится, обсуждаются нетрадиционные и вовсе экзотические источники энергии.

«Soitec завершила строительство в Италии крупнейшей солнечной CPV-электростанции», пишет 25 июня www.nanonewsnet.ru. «Компания Soitec, которая специализируется на разработке и производстве полупроводниковых материалов для электронной и энергетической отрасли, на днях объявила, что завершила строительство и осуществила подключение к электросети крупнейшей в Италии солнечной электростанции на основе системы фотогальванических концентраторов (CPV)… Солнечная электростанция, имеющая максимальную выходную мощность 1,17 Мегаватт, расположена в Бельпассо и, как заявляет компания, способна обеспечить электричеством 600 средних домохозяйств, тем самым сократив ежегодные выбросы более 125 тонн углекислого газа. Система фотогальванических концентраторов на сегодняшний день признана наиболее эффективным способом преобразования солнечного света в электричество. Максимизация выработки электроэнергии в этой системе достигается за счет мульти-соединения солнечных батарей и двухосевых систем слежения, которые в любой момент времени обеспечивают расположение панелей под оптимальным углом к Солнцу. Такие CPV-системы производят существенно больше электричества, чем обычные кремниевые фотогальванические панели, но особенно хорошо работают они на больших высотах и в солнечных регионах. Именно Италия и Испания полностью соответствуют данным условиям. Новая солнечная электростанция в Бельпассо оснащена 74 CPV-трекерами от Soitec, на каждом из которых установлено 168 CPV-модулей Concentrix, а также двумя 500-киловаттными центральными инверторами, которые обеспечивают равномерное распределение мощности в сети. Также стоит отметить, что CPV-системы дешевле, чем обычные плоские солнечные панели. При одинаковой производительности они занимают меньшую площадь, чем традиционные солнечные батареи. Однако, для обеспечения высокой эффективности CPV-система должна устанавливаться вместе с теплоотводами. Как ожидается, солнечная CPV-электростанция в Бельпассо поставлять электроэнергию для Enel, крупнейшей энергетической компании Италии. «Этот проект продемонстрировал, что CPV-системы, с их высокой эффективностью и способностью обеспечить устойчивое, долгосрочное энергоснабжение без потребления чрезмерного количества земли и воды, являются правильным технологическим выбором для Италии», – заявил Гаэтан Бордерс, исполнительный вице-президент подразделения солнечной энергетики компании Soitec».

«Солнечные батареи станут тоньше за счет обращенных пирамид», сообщает 14 июня www.nanonewsnet.ru. «Инженеры из Массачусетского технологического университета показали, что придание поверхности кремния в фотоэлементах формы обращенных пирамид может уменьшить его расход и увеличить долю поглощенного излучения... Создание углублений в кремнии увеличивает долю поглощаемого света, но при этом также увеличивает площадь поверхности материала. С увеличением площади поверхности повышается и вероятность того, что возбужденные светом электроны пойдут не на создание электрического напряжения, а рекомбинируют и поглотятся. Поэтому перед авторами работы стояла задача максимально увеличить поглощение света кремнием, при этом минимально увеличив площадь его поверхности. Для этого авторы исследования сначала провели математическое моделирование, а затем проверили его результаты, создав опытный образец поверхности. Оказалось, что наиболее эффективно создать на поверхности кремния углубления в виде обращенных четырехгранных пирамид. Площадь в таком случае увеличивается всего на 70 процентов, а толщину слоя кремния при той же доле поглощенного света можно уменьшить в 30 раз. Создание микроструктур осуществлялось традиционным методом фотолитографии и не требовало введения дополнительных технологических процессов. По расчетам авторов, энергетическая эффективность новых фотоэлементов должна составить около 20 процентов, что не намного меньше 24 процентов лучших на сегодняшний день солнечных панелей. Однако новые фотоэлементы должны стать значительно дешевле своих предшественников. Ранее другая группа ученых доложила о создании рекордно тонких солнечных батарей. Их разработчики стремились добиться не максимальной энергоэффективности (она составляла скромные четыре процента), а радикального уменьшения веса изделий. Такие солнечные батареи могут пригодиться для создания космических аппаратов и беспилотников».

«Новые топливные ячейки: КПД выше 50%», утверждает 19 июня  www.nanonewsnet.ru. «Топливные ячейки – очень привлекательный источник электроэнергии и тепла для отдельного дома и даже квартиры. Однако их цена пока слишком высока и не соответствует эффективности. Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (США) разработали компактный высокоэффективный, твердооксидный топливный элемент, который может решить эту проблему. Новая топливная ячейка использует микроканальную технологию с оригинальным процессом внешнего парового риформинга. Новое устройство имеет рекордную эффективность, достигающую 57%. Это значительно выше 30–50 % эффективности других твердооксидных топливных элементов. Относительно недорогая топливная ячейка сможет обеспечить энергией индивидуальные дома и целые жилые кварталы. Оригинальный компактный источник питания в качестве топлива использует доступный природный газ и вырабатывает от 1 до 100 киловатт энергии. До сих пор перспективные твердооксидные топливные элементы применялись лишь в крупных генераторах мощностью от 1 МВт и не подходили для домашнего использования. Прототип нового генератора вырабатывает около 2 кВт электроэнергии – типичное потребление жилого дома американской семьи. При этом мощность может быть увеличена до 250 кВт, чего достаточно для электроснабжения 100 домов. Преимуществом твердооксидных топливных элементов (SOFC) является возможность работы при высоких (более 1000 градусов по Цельсию) температурах и использование различного топлива, включая природный газ, биогаз, водород, дизельное топливо, бензин и т.д. Каждая топливная ячейка состоит из керамических материалов, которые образуют три слоя: анод, катод и электролит. В процессе парового риформинга нагретая до высоких температур смесь пара с топливом приводит к образованию окиси углерода и водорода, который вступает в реакцию с кислородом на аноде ячейки. Эта реакция вырабатывает электроэнергию, а также побочные продукты: пар и углекислый газ. Внешний паровой риформинг требует дополнительное устройство – теплообменник, который позволяет повторно использовать пар и нагревать топливо до необходимой температуры. Микроканальная технология в свою очередь позволяет избавиться от насосов высокого давления. В ближайшее время ученые планируют довести КПД своей опытной энергоустановки до 60%».

«Коаксиальный нанокабель - новая и перспективная технология аккумулирования энергии», пишет 18 июня www.nanonewsnet.ru.« Исследователи из университета Райс создали самый маленький в истории коаксиальный кабель, диаметр которого не превышает 100 нанометров. При таких маленьких габаритах этот нанокабель обладает в несколько раз большей электрической емкостью, чем все типы микроконденсаторов, созданные кем-нибудь ранее. Этот нанокабель, изготовленных с помощью технологий, которые вошли в применение вместе с началом исследований в области графена, может быть использован для создания малогабаритных систем аккумулирования энергии следующего поколения, тех систем, в которых так сильно нуждаются современные гибридные и электрические автомобили. Помимо использования в области аккумулирования энергии, коаксиальный нанокабель может так же использоваться и для того, для чего используются обычные коаксиальные кабеля – для передачи высокочастотных электрических сигналов, но на наноуровне, к примеру, в пределах кристалла чипа. Чисто внешне крошечный коаксиальный нанокабель весьма подобен тем кабелям, которые приводят сигналы кабельного телевидения в миллионы домов и офисов. Сердцевина кабеля – проводник из твердой меди, который покрыт тонким изолирующим слоем из оксида меди. Окружает эту многослойную структуру третий слой, так же токопроводящий. В телевизионных кабелях обычно это сетка из сплетенных медных проводков, но в нанокабеле – это тонкий слой углерода, толщиной всего в несколько атомов. Тем, кто знаком с электротехникой сразу становится ясно, что эта структура проводник-диэлектрик-проводник является ничем иным, как электрическим конденсатором, электронным устройством, способным накапливать и хранить электрический заряд. Исследования показали, что электрическая емкость коаксиального нанокабеля по крайней мере в 10 раз выше, чем это может быть объяснено с помощью обычных физических законов, емкость нанокабеля составляет порядка 143 микрофарад на квадратный сантиметр площади. «Увеличение емкости происходит наиболее вероятно из-за влияния квантовых эффектов, которые начинают проявляться вследствие маленьких размеров нанокабеля» – объясняют ученые. Используя множество таких коаксиальных нанокабелей, расположенных и упорядоченных соответствующим образом в больших количествах на каком-нибудь основании можно создать устройства аккумулирования энергии большой емкости и не имеющее отрицательных свойств, присущих химическим аккумуляторным батареям. «Наноразмерный коаксиальный кабель так же может быть использовании в качестве линии передачи на наноуровне радиочастотных сигналов и электрических сигналов, изолированных от влияния окружающей среды. А это может сделать такой кабель фундаментальным стандартным блоком, использование которого значительно улучшает характеристики наноэлектромеханическх устройств и электронных приборов типа лаборатории-на-чипе».

Раздел ЭЛЕКТРОНИКА, как водится, вырастает из предыдущего.

«Графеноподобный материал революционизирует электронную промышленность», сообщает 5 июня www.nanonewsnet.ru. «Создан материал, способный полностью изменить наше представление о создании носимой электроники — встроенных в одежду компьютеров, телефонов и MP3-плееров. Встречайте: GraphExeter, материал, способный полностью изменить наше представление о создании носимой электроники — встроенных в одежду компьютеров, телефонов и MP3-плееров. Он же, как говорят, прекрасно подходит для «умных» окон или зеркал с интерактивными свойствами. А поскольку он ещё и прозрачен в широком световом диапазоне, использование GraphExeter в составе солнечных батарей может увеличить их эффективность более чем на 30% (речь, по-видимому, идёт о давно назревшей возможной замене ITO прозрачного анода). Будучи наследником графена, GraphExeter намного более гибок, чем индий-оловянный оксид (ITO), который является основным проводящим материалом, использующимся сегодня в электронике там, где необходима прозрачность электрода. Но ITO становится всё дороже, а его ограниченные природные ресурсы, как ожидается, закончатся к 2017 году (скорее всего, имеются в виду уже открытые относительно богатые индием месторождения). Будучи атомным монослоем, графен является самым тонким материалом, способным проводить электрический ток. Он гибок и одновременно считается одним из самых прочных из известных материалов. Именно поэтому столь многие инженеры и учёные, занимающиеся гибкой электроникой, поставили на него. Однако, несмотря на огромные усилия, воз и ныне там — по сути, в 2004 году. А всё дело в поверхностном сопротивлении (сопротивлении слоя, если угодно), которое сильно ограничивает проводимость графена. Никому до сих пор так и не удалось предложить по-настоящему достойную альтернативу ITO. И вот, кажется, в тёмном царстве блеснул лучик — GraphExeter. Для создания GraphExeter научная группа из Университета Эксетера (Великобритания) расположила молекулы хлорида железа (III) между двумя слоями графена на манер гамбургера. Добавка из хлорида железа позволила значительно увеличить проводимость графена без отрицательного влияния на его прозрачность…Сегодня учёные заняты разработкой распыляемой версии своего материала, которая позволила бы наносить GraphExeter прямо на ткань, зеркала и стёкла...»

«Дорожную тряску преобразуют в электричество», утверждает 5 июня www.nanonewsnet.ru. «Немецкие инженеры из общества Фраунгофера разработали эластомеры, которые не только эффективно гасят нежелательные вибрации, но и вырабатывают при этом электричество. Сообщение о разработке опубликовано на сайте общества. Разработка инженеров основана на использовании электроактивных полимеров. Эти вещества изменяют свою форму при приложении к ним электрического тока. В робототехнике их используют в качестве линейных двигателей. Авторы создали на основе электроактивных полимеров многослойное устройство, где чередовались слои полимера с металлическими электродами, управляющими сокращением и расширением полимера. При приложении к такому устройству вибрации чувствительные сенсоры активировали движения полимера в противофазе к вибрациям. В результате вибрация почти полностью поглощалась устройством, которое инженеры назвали «активным эластомером». Далее авторы показали, что в пассивном режиме такое слоистое устройство может вырабатывать энергию, поглощая внешние вибрации. Количество вырабатываемой энергии невелико, но достаточно для питания некоторых датчиков, нуждающихся в автономном питании, например, датчиков вибрации на мостах. Самым сложным элементом устройства для инженеров оказались электроды, которые должны были хорошо переносить деформации. Лучше всего с поставленной задачей справились тонкие металлические пластины, имеющие очень большую площадь перфорации. Инженеры надеются, что полученные устройства могут быть применены в автомобилях для снижения вибраций и в создании автономных источников энергии. Ранее другая группа исследователей предложила для преобразования механической энергии в электрическую использовать пленки вирусов, помещенных между двух металлических электродов. Ток в этом устройство вырабатывался при сдавливании пластин».

«Испытан многослойный фотоэлемент с КПД в 43,5%», пишет 4 июня www.nanonewsnet.ru. «Корпорация Sharp (Япония) представила трёхслойный фотоэлемент на индиево-галлий-арсенидной основе с КПД в 43,5%. Новинка действует вместе с системой линз, которая концентрирует солнечное излучение до интенсивности, в 306 раз превосходящей обычную. Хотя формально этот фотоэлемент состоит из трёх слоёв, в действительности всё несколько сложнее. Верхний индий-галлий-фосфорный слой отвечает за фиолетовую часть видимого спектра. Затем, после туннельного соединяющего слоя, идёт арсенид галлия (средний слой), работающий с зелёной частью спектра. Наконец, после дополнительного туннельного соединения и буферного слоя располагается индий-галлий-арсенидный слой, преобразующий свет красной части видимого спектра. Результат, полученный Sharp, уже подтверждён Институтом солнечной энергетики общества Фраунгофера (Германия), который является общепризнанным «арбитром» при измерении эффективности фотоэлементов. Напомним, что предыдущий рекорд (2011 года), также заявленный равным 43,5% (при тысячекратной концентрации солнечного света), так и не прошёл независимого подтверждения во Фраунгоферовском институте. Как вы уже догадались, экзотические компоновка и материалы нового многослойного фотоэлемента связаны с его будущим назначением: Sharp с 1967 года разрабатывает солнечные батареи для космической отрасли. Тем не менее представители компании уже заявили о намерении создать версию для солнечных электростанций с параболическими концентраторами, широко применяемыми в настоящее время. По их мнению, солнечные электростанции, которые концентрируют энергию на гелиотермальных башнях, продуцирующих пар, по определению не могут дать КПД более 33%, в то время как многослойные фотоэлементы уже сегодня обеспечивают 43,5% и, согласно расчётам, имеют теоретический потенциал, превышающий 50%. Другие возможные приложения Sharp-разработки включают компактные солнечные батареи, концентрирующие солнечный свет при помощи линз Френеля».

«Фотоэлементы, копирующие рельеф листьев, дают на 47% больше энергии», информирует 6 июня www.nanonewsnet.ru. «Исследователи из Принстонского университета (США) придали полимерной солнечной батарее сходство с листом растения, создав на её поверхности складки и борозды. В результате с той же площади фотоэлемента удалось получить на 47% больше электроэнергии. Микроскопические складки на поверхности, по словам учёных, меняют всё. В случае плоской поверхности свет либо отражается, либо поглощается, но на поверхности, покрытой частой сетью микроскопических складок, даже отражённый свет имеет шансы быть поглощённым. При этом радикально увеличилось поглощение излучения в ближнем инфракрасном диапазоне, где прежде успехи по преобразованию солнечного излучения в электричество были минимальными. По результатам экспериментов, для ближнего инфракрасного излучения эффективность преобразования повысилась на 600%, что значительно больше, чем ожидалось. Полимерные батареи были выбраны не только из-за их дешевизны, но и потому, что их поверхность проще сделать гофрированной. Впрочем, по словам разработчиков, процесс нанесения складок прост и теоретически может быть применён к любому материалу, включая олигомеры и тот же кремний. Метод получения складок действительно не очень сложен: слой жидкого материала с высокой адгезией равномерно наносился на полимерный фотоэлемент, а затем подвергался фотоабляции в УФ-лучах. Разная интенсивность УФ-излучения на разных участках вела к получению финишной поверхности с одинаковыми повторяющимися неровностями, как на обычном листе растения. Наилучший результат дала комбинация двух типов неровностей — индивидуальных неглубоких «морщин», разбросанных на некотором расстоянии друг от друга, и более глубоких «складок», равномерно нанесённых по всей поверхности. Исследователи полагают, что их батареи окажутся много практичнее нынешних полимерных и кремниевых, так как побочным эффектом нанесения неровностей стало увеличение механической прочности фотоэлемента и рост времени его деградации. Кроме того, высокая гибкость таких батарей и их высокий КПД при работе под значительными углами к источнику излучения могут позволить… обклеивать ими стены и любые иные поверхности без какой-либо угрозы для работоспособности фотоэлементов».

Продолжение следует

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: НТИ июнь 2012 Энергия, Электроника Ч.1

Изображение пользователя blandux.

Перерабатывать бы ещё лишнее тепло в квартире летом, когда вовсю греют трубы горячего водоснабжения, а за окном плюс тридцать. Это просто адское пекло.

Subscribe to Comments for "НТИ июнь 2012 Энергия, Электроника Ч.1"