Сегодня 28 марта 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → эффективность

Sharp достигла рекордного КПД для кремниевых тандемных солнечных панелей — 33,66 %

Компания Sharp поделилась новостью о создании тандемного солнечного элемента из полупроводниковых материалов, КПД которого достигло мирового рекорда — 33,66 %. Что важно, этот показатель установлен для солнечной панели практической ценности площадью 775 см2. В планах Sharp устанавливать такие панели на электромобили и другие мобильные платформы, чтобы солнечный свет увеличивал пробег.

 Источник изображений: Sharp

Источник изображений: Sharp

Чтобы солнечная ячейка работала эффективнее, её создают многослойной, чтобы каждый слой поглощал свет в своём диапазоне. Такие ячейки называют тандемными, и в них обычно кремний чередуется с перовскитами или с полупроводниками из III или V групп таблицы Менделеева. Копания Sharp не использует перовскиты, хотя они показали себя предельно перспективными для солнечных элементов. Исследователи Sharp занимаются полупроводниками и добились в этом впечатляющих успехов.

В прошлом году трёхпереходный тандемный элемент Sharp, по свидетельству AIST (Национального института передовой промышленной науки и технологии Японии), установил мировой рекорд эффективности, показав КПД на уровне 32,65 %. Новый элемент лишился одного перехода и стал формально двухпереходным, что увеличило приток света к нижележащему кремниевому слою и позволило увеличить КПД до нового рекордного значения в 33,66 %.

Хитрость заключается в том, что верхний слой представлен составным и фактически двухпереходным элементом из индия/галлия/фосфора и арсенида галлия. Проще говоря, Sharp заменила два перехода из полупроводников одним составным. За счёт этого ячейки стали на треть тоньше, что тоже важно для массового производства — они будут определённо дешевле ячеек, содержащих стек из трёх переходов.

Учёные придумали «правильные» пропеллеры для электрической авиации

Форма авиационного пропеллера почти не изменилась за более чем сто лет. Но проверенная временем классика не подходит для эры электрической авиации, считают учёные. Электросамолёты летают пониже и на меньшие дистанции, так что и винты у них должны удовлетворять особым условиям — быть одновременно эффективными и тихими. Такое без науки не осилить.

 Источник изображения: Pixabay

Источник изображения: Pixabay

Проблемой формы пропеллеров для электрической авиации занялись исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции. Они разработали методику расчёта «правильных» пропеллеров и поделились ею в статье в журнале Aerospace. Методика поможет подобрать оптимальную форму пропеллера и число лопастей на каждый случай жизни, а полученный результат сохранит баланс между эффективностью и уровнем шума.

Классическая форма пропеллера заставляет увеличивать число лопастей для совершения более эффективных с точки зрения расхода горючего (энергии) полётов. При этом, чем больше лопастей, тем выше уровень создаваемого ими шума. Учёные искали возможность снизить шум, не потеряв в эффективности или потеряв, но незначительно.

«Современные воздушные винты обычно имеют от двух до четырёх лопастей, но мы обнаружили, что при использовании шести лопастей, разработанных с помощью нашей системы оптимизации, можно создать пропеллер, который будет одновременно относительно эффективным и тихим. По сравнению с пропеллером с тремя лопастями, этот пропеллер обеспечивает снижение шума на 5–8 дБА при снижении тяги всего на 3,5 %. Это сравнимо с уменьшением шума, когда человек переходит от разговора в обычной обстановке к громкости, которой достаточно, чтобы услышать в тихой комнате», — сказал один авторов работы.

Всё дело в повышенном шуме, возникающем на концах лопастей. Учёные выделили его и исследовали его вклад в общие шумы пропеллеров. Затем была разработана модель винта, снижающая уровень этого и других шумов. Опираясь на ту же методику, специалисты могут создавать свои версии пропеллеров для собственных нужд.

 Петдевой гребной винт компании Sharrow Marine. Источник изображения: Sharrow Marine

Петлевой гребной винт компании Sharrow Marine. Источник изображения: Sharrow Marine

Изученная учёными проблема касается не только воздушного транспорта, но и водного. Современные методы производства, включая 3D-печать, позволяют создавать пропеллеры и винты очень сложной формы. В частности, уже получены данные о высокой производительности петлевых винтов, которые могут быть очень производительными и сравнительно тихими.

Руководителям среднего звена в Meta✴ предложили вернуться к непосредственной работе или уйти

В рамках программы по повышению эффективности компания Meta Platforms обратилась к сотрудникам на менеджерских и директорских должностях с предложением вернуться к исполнению непосредственных рабочих обязанностей или уволиться. Об этом сообщило издание Bloomberg со ссылкой на собственный источник.

 Источник изображения: Gerd Altmann / pixabay.com

Источник изображения: Gerd Altmann / pixabay.com

Новую стратегию условно обозначили как «выравнивание», и топ-менеджеры Meta в ближайшие недели донесут её суть до своих подчинённых: руководители среднего звена переключатся на исполнение непосредственных рабочих обязанностей — разработку кода, проектирование и исследования. Ответственность за других сотрудников с таких работников снимается.

В ноябре прошлого года Meta, владеющая Facebook, Instagram и WhatsApp, провела массовое сокращение, которое затронуло 13 % сотрудников, но в последующие месяцы среди работников начали расти опасения, что возможна ещё одна волна увольнений. В ходе отчёта по финансовым результатам минувшего квартала глава компании Марк Цукерберг (Mark Zuckerberg) объявил 2023 год «годом эффективности» — сократится поголовье менеджеров среднего звена и число неэффективных проектов.

Новая волна сокращений будет менее интенсивной, говорят источники Bloomberg, и решения будут приниматься в индивидуальном порядке. В Meta уже давно назрели перемены: некоторые отделы соревнуются в достижении схожих целей, а некоторые менеджеры руководят лишь одним или двумя работниками. Рынок отреагировал на грядущие перемены в компании позитивно: с начала года акции Meta подорожали на 56 %.

Фундаментальная наука «позеленеет»: физики задумались об энергоэффективном производстве бозонов Хиггса

Время дешёвой энергии прошло, что требует от научных изысканий в физике элементарных частиц соответствовать моменту. Современные инструменты для изучения частиц и, прежде всего, разнообразные ускорители, потребляют так много энергии, что оказывают пагубное с точки зрения экологии воздействие на окружающую среду. Это ведёт к устойчивому мнению, что все будущие проекты ускорителей должны подвергаться строжайшей экологической экспертизе.

 Примерное расположение коллайдера Future Circular Collider. Источник изображения: CERN

Примерное расположение коллайдера Future Circular Collider. Источник изображения: CERN

Комплекс ускорителей в ЦЕРНе, жемчужиной которого является Большой адронный коллайдер (БАК), потребляет на уровне 200 МВт в пике, что примерно равно трети потребления расположенной недалеко Женевы с населением порядка 200 тыс. человек. В будущем ЦЕРН намерен создать ещё более мощный инструмент для исследования бозона Хиггса и других элементарных частиц — коллайдер Future Circular Collider (FCC) окружностью 100 км. Его ещё называют «хиггсовской фабрикой». Это колоссально поднимет потребление энергии комплексом, что заставляется задуматься о будущей энергоэффективности экспериментов.

Проект FCC ещё не утверждён, что даёт возможность оценить предложенные варианты с точки зрения воздействия на окружающую среду. Предварительные выкладки показывают, что в зависимости от выбранного проекта «сталкивателя частиц» углеродный след «хиггсовской фабрики» может отличаться в 100 раз. К такому выводу пришли европейские физики, изучившие потенциал преемников БАК. И самый масштабный проект в лице FCC со 100-км окружностью оказался самым эффективным с точки зрения затраченной энергии на получение каждого бозона Хиггса.

В настоящее время существует пять предложений по созданию высокоэнергетического позитронно-электронного коллайдера. Это три коллайдера на линейных ускорителях — Международный линейный коллайдер (ILC) в Японии, американский коллайдер C3 и Компактный линейный коллайдер в ЦЕРНе, а также два кольцевых коллайдера — ЦЕРНовский FCC и китайский электрон-позитронный коллайдер (CEPC). Физики из ЦЕРНа проанализировали каждый проект и пришли к выводу, что Future Circular Collider будет самым энергоэффективным даже с учётом влияния на окружающую среду сооружений коллайдера и всех необходимых строительных работ (хотя все приведенные ниже выкладки учитывают только энергетическую составляющую работы коллайдеров как самую значимую).

В частности, исследователи подсчитали, что Future Circular Collider будет потреблять 3 МВт·ч на каждый произведенный бозон Хиггса. На втором месте по эффективности оказался китайский CEPC — 4,1 МВт·ч на бозон Хиггса. Самым энергозатратным признан американский коллайдер C3, который на каждый бозон Хиггса будет расходовать 18 МВт·ч.

С учётом углеродного следа от производства электроэнергии в каждой из стран, где планируется строить будущие и более мощные коллайдеры, круговой коллайдер Future Circular Collider снова оказался самым дружественным к природе — производство каждого бозона Хиггса на FCC будет сопровождаться выбросом 0,17 т эквивалента CO2. Японский ILC, к примеру, будет производить в 50 раз больше выбросов на каждый бозон Хиггса (9,4 т эквивалента CO2). Такая громадная разница возникла преимущественно по той причине, что Future Circular Collider будет запитан от французских энергосетей, в которых преобладает электричество от атомных электростанций.

Более того, если Future Circular Collider увеличит число точек взаимодействия частиц с 2 до 4, то его эффективность вырастет ещё в два раза — до 1,8 МВт·ч на каждый бозон Хиггса и выбросов до 0,1 т эквивалента CO2.

Как ещё один вариант для снижения воздействия коллайдеров ЦЕРНа на окружающую среду предложено протянуть линию электропередачи от солнечных электростанций в Северной Африке, хотя это уже другая история. Факт в том, что фундаментальная наука сможет двигаться вперёд далеко не во всех странах и регионах. И это ещё непонятно, как на всём этом скажется нынешний энергетический кризис. В ЦЕРН уже задумались о сокращении ряда второстепенных экспериментов, и с этим придётся жить дальше.

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.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Глобальное потепление замедлило вращение Земли, и в этом уже нашли плюсы 27 мин.
Nautilus запустила линейку инфраструктурных решений EcoCore для модульных ЦОД 34 мин.
Китай нарастил закупки нидерландского оборудования для выпуска чипов в несколько раз, несмотря на санкции 53 мин.
Оптика для HBM: стартап Celestial AI получил ещё $175 млн инвестиций, в том числе от AMD и Samsung 55 мин.
Logitech представила беспроводную низкопрофильную клавиатуру Signature Slim K950 2 ч.
Под давлением пользователей Google преодолела аппаратные ограничения для внедрения ИИ в Pixel 8 3 ч.
В апреле Meta добавит искусственный интеллект в умные очки Ray-Ban Meta 3 ч.
Thermaltake представила корпус S250 TG ARGB с поддержкой больших радиаторов СЖО 3 ч.
Опубликовано фото машины Apple Presto для обновления iPhone без вскрытия упаковки 4 ч.
Tesla откажется от классического конвейера ради электромобиля за $25 тысяч 4 ч.