О солнечных батареях, встроенных в окна

В 2019 году ООН сделала мрачное предупреждение: у мира есть лишь 10 лет, дабы принять меры по предотвращению катастрофического и необратимого изменения климата. Ископаемое топливо по-прежнему является источником энергии для мировой экономики, но от него быстро отказываются в пользу возобновляемых источников энергии: ветра, солнца и геотермальной энергии. И есть положительный эффект: пока нефтегазовый сектор сталкивается с наихудшим экзистенциальным кризисом в современной истории, спрос на ВИЭ всё равно неуклонно растёт.

Солнечные окна долгое время не воспринимались всерьёз, однако эта домашняя технология может сыграть значительную роль в нашей борьбе с изменением климата в не столь отдаленном будущем.

Перовскитовые солнечные окна

Инженеры разработали полупрозрачный солнечный элемент, который позволит окнам функционировать как солнечные панели, таким образом они «украсят» как архитектуру, так и производство энергии.

Вместо стандартного тёмно-синего и полностью непрозрачного кремния в солнечных окнах используются перовскитные солнечные элементы (PSC) для сбора электроэнергии. Действительно, всего двух квадратных метров (около 22 квадратных футов) PSC следующего поколения, тонированных в той же степени, что и нынешние застекленные коммерческие окна, было бы достаточно для выработки такого же количества электроэнергии, как у стандартной солнечной панели – около 140 Вт на метр.

Силиконовые панели

По данным МЭА, солнечная энергия обеспечила всего 592 ГВт, или всего 2,2%, от 26 571 ГВт в мире потребления электроэнергии в 2018 году. Это произошло после впечатляющего 20-процентного роста мировых фотоэлектрических установок до почти 100 ГВт. Более 90% установленных фотоэлектрических (PV) панелей были построены из кристаллизованного кремния.

У силиконовых панелей есть свои преимущества: они довольно прочные и относительно простые в установке. Благодаря достижениям в методах производства, они стали довольно дешевыми за последнее десятилетие, особенно поликристаллические панели, изготавливаемые на китайских заводах.

Тем не менее, они страдают серьезным недостатком: кремниевые фотоэлектрические панели довольно неэффективны, а самые доступные модели обеспечивают энергоэффективность всего на 7-16% в зависимости от размещения, ориентации и погодных условий. Si-панели имеют пластинчатую основу, что делает их более прочными и долговечными, но компромисс – это жертва эффективности.

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии NREL смогла создать композитный кремний-перовскитный элемент, поместив перовскиты поверх кремниевого солнечного элемента, чтобы сделать многопереходный солнечный, при этом новый элемент, который может похвастаться эффективностью в 27%.

Хорошая новость: ученые предполагают, что солнечные элементы из перовскита в конечном итоге достигают эффективности около 40%. Другими словами, будущие солнечные элементы могут быть на 50% более мощными, чем лучшие доступные в настоящее время модели.

Короче говоря, солнечные окна обладают огромным потенциалом в качестве источника энергии. Подумайте только, мы могли бы легко генерировать 40% нашей потребности в электроэнергии, если бы на каждой крыше были установлены солнечные батареи. А теперь представьте, что мы могли бы сделать, если бы могли использовать солнечные элементы не только на крышах домов, но и на вертикальных фасадах, таких как стены и окна. Мы можем достичь почти 100% общего производства электроэнергии только за счет встроенных в здания солнечных батарей.

Источник: RusCable.

Рекорд за рекордом: чем может похвастаться «зелёная» энергетика

За первое полугодие 2020 года в США геотермальная энергия, солнечные батареи и ветряные станции произвели значительно больше электроэнергии, чем традиционные источники энергии.

С января по июль солнечные панели и ветряки продемонстрировали колоссальный прорыв:

  • выработка электроэнергии от солнечных батарей увеличилась на 22% и обеспечила почти 3,4% от общего объёма электроэнергии в стране;
  • ветряные станции показали рост на 14,5% и составили более 9,1% от общей выработки электроэнергии.

Вместе с гидроэнергетикой, биотопливом и геотермальной энергетикой возобновляемые источники обеспечили 22,3% от общего объема производства электроэнергии, по сравнению с прошлым годом цифра увеличилась на 2,4%.

Интересно отметить, что до июня 2020 года возобновляемые источники энергии производили почти на треть больше электроэнергии, чем уголь. Выработка электроэнергии от угля значительно упала — на 31%, сейчас уголь составляет 16,9% от общего объема производства электроэнергии в стране. Также более «зелёные» источники энергии произвели на 7,8% больше электроэнергии, чем ядерные электростанции за шестимесячный период.

Сейчас возобновляемые источники энергии уступают только природному газу в обеспечении электроэнергией домов и предприятий. Если сегодняшние модели роста продолжатся или даже ускорятся, то крайне скоро они выйдут на первое место.

Источник: информационный портал «Популярная механика».

Как отследить здоровье рек?

Исследователи из Геологической службы США (USGS) представили новый метод для обработки экологических проб и контроля состояния рек. Они использовали пробоотборники, которые являются роботизированными лабораториями — устройства собирали в течение 3-х недель и хранили пробы воды. Специалисты прозвали эту жидкость «ДНК окружающей среды»: с её помощью можно обнаружить привнесённых и инвазивных животных, а также микробов, которые могут вызывать заболевания у людей и рыб.

Экологическая ДНК (eDNA) — это вещества, которые высвобождаются организмами в окружающую их среду в виде кусочков кожи, слизи или отходов жизнедеятельности. В случае водных организмов эта ДНК может быть обнаружена в окружающей воде в течение нескольких дней.

Чтобы проверить действенность метода, пробы собирали в разное время и в разных местах. В 2017 году в Йеллоустонском национальном парке провели экспериментальную программу отбора проб на месте слияния рек Кипинг и Гарднер. За этим последовали более обширные программы сбора проб в трех местах в верховьях рек Йеллоустоун и Снейк.

Приборы, которые использовали в этом исследовании, могут автоматически собирать пробы каждые три часа в течение трех недель. Частый отбор проб является ключевым для выявления незаметных изменений в состоянии здоровья рек. Например, когда участок реки только начинает колонизироваться вредным инвазивным организмом, в нем присутствует относительно небольшое количество особей, но прибор может обнаружить их.

Большое количество образцов дает биологам более определенную информацию о том, присутствуют ли вредные виды в реке. Как объяснили авторы, «отрицательный результат даёт некоторую уверенность в том, что ДНК вида-мишени отсутствует, в то время как отсутствие данных из-за редких проб не даёт нам никакой уверенности».

Производим солнечную энергию даже ночью

Учёные устраняют недостатки в создании «антисолнечного энергетического элемента», который может собирать энергию в ночное время. Вместо того, чтобы поглощать свет Солнца и преобразовывать его в электричество, как это делают обычные солнечные батареи, этот тип технологии работает в обратном порядке.

Ночью, когда нет поступающего тепла, которое могли бы улавливать солнечные батареи, есть шанс использовать исходящее тепло. Если направить теплую панель вверх в сторону холодной раковины космоса, это тепло начинает излучаться наружу в виде невидимого инфракрасного света. Это известно как радиационное охлаждение, и, если удастся каким-то образом использовать исходящее тепло, оно могло бы дёшево осветить улицы городов ночью. Хранение солнечной энергии в течение дня – относительно дорогое мероприятие, поэтому прямое производство энергии в ночное время может помочь снизить эту нагрузку.

Используя термодинамическую модель термоэлектрического генератора энергии, учёные из Стэнфордского университета разработали доказательство концепции на крыше, которая теоретически может генерировать 2,2 Вт на квадратный метр без необходимости в батарее или внешнем источнике энергии.

В то время как другие пытались использовать аналогичные ночные элементы, эта конкретная конструкция могла бы производить в 120 раз больше энергии. Фактически это почти на одном уровне с характеристиками теплового двигателя Карно, что является теоретическим термодинамическим пределом для «идеального» двигателя.

Концепция основана на существующей технологии, которая объединяет и оптимизирует радиационное охлаждение с термоэлектрическим генератором энергии, который занимает менее 1% от общей площади устройства – отличный признак масштабируемости.

Конечно, эти практические применения ещё предстоит реализовать. Авторы признают, что, хотя демонстрация выработки электроэнергии в ночное время безупречная, её всё же недостаточно для выполнения многих из упомянутых выше желаний. Тем не менее, технология, которая не полагается на сжигание ископаемого топлива для удовлетворения наших энергетических потребностей, заслуживает изучения.

Интересный опыт: Новая Зеландия планирует строить систему беспроводной передачи электричества

Передача электрической энергии по воздуху кажется больше выдумкой, чем реальностью, хотя проект «всемирной беспроводной системы» Николы Тесла даже получил финансирование от JP Morgan. Но воплотить его в жизнь так и не получилось.

Продолжить путь всемирно известного физика решились новозеландские инженеры стартапа Emrod. Они строят систему беспроводной передачи энергии на большие расстояния, и в их старанию уже инвестировала вторая по величине коммунальная компании страны.

Как работает система?

  1. Передающая антенна преобразует электричество в электромагнитную волну и фокусирует её в цилиндрический луч.
  2. Цилиндрический луч передаётся через ряд реле, пока не попадёт в принимающую антенну, преобразующую микроволны обратно в электричество. Излучение антенны, к слову, не наносит вреда окружающей среде и не создаёт помех.

Технология передачи энергии с помощью микроволн существует уже несколько десятилетий. Однако Emrod – первая компания, поднявшая КПД этого метода почти до 70%.

Важно понимать, что провод всё ещё остаётся более надёжным и энергоэффективным решением, а беспроводная передача – удобный и дешёвый вариант для мест, где обычные ЛЭП отсутствуют.

Какое оно – топливо будущего?

Водородные элементы вырабатывают электричество за счёт химической трансформации водорода и кислорода. Когда-то предназначенные для освоения космоса, сегодня используются для вождения транспортных средств.

Топливные элементы, обычно известные как водород, являются устройствами, которые благодаря химическому превращению водорода и кислорода, позволяют производить электричество. Принцип действия клеток был открыт еще в 19 веке, но впервые он использовался во время американских космических миссий. В течение более двух десятилетий технология топливных элементов также развивалась в автомобильной промышленности, и на рынке есть несколько моделей автомобилей из Японии и Кореи с электрическим приводом, которые получают энергию из водорода. За развитием транспортных средств следует развитие необходимой инфраструктуры для заправки водородом, которая через несколько лет будет иметь несколько тысяч станций по всему миру, большинство из них будут расположены в Японии, США и странах ЕС.

Производство электроэнергии из водорода

Принцип работы ячеек основан на электрохимической реакции водорода с кислородом, в ходе которой образуются энергия и тепло, а единственным побочным продуктом является вода. В автомобилях весь процесс начинается с подачи водорода из бака высокого давления в камеру. Параллельный сжатый воздух также подаётся. В результате реакции в ячейке генерируется ток, который преобразуется в переменный и подаётся на электродвигатель, отвечающий за тягу.
Различные типы топливных элементов используются на рынке, но основной критерий их распределения – рабочая температура. Следовательно, версии для низких и высоких температур. Рабочая температура первого составляет около 250 градусов по Цельсию, второго – 600. Из-за рабочих параметров в автомобильной промышленности используются низкотемпературные версии, которые не требуют использования термостойких материалов, но для их питания требуется водород самого высокого класса чистоты.

Топливные элементы характеризуются высокой энергоэффективностью, поэтому многие производители автомобилей рассматривают их как источник энергии для будущих машин. Повышение давления на производство авто с низким и нулевым уровнем выбросов вызывает естественную потребность в эффективных и экологически нейтральных приводах, таких как водород.

На Минской ТЭЦ-3 провели комплексное опробование электрокотлов и вспомогательного оборудования

Место: г. Минск, Беларусь.
Проект: Минская ТЭЦ-3. Установка водогрейных электрокотлов с целью отпуска тепла в период глубокой разгрузки турбин после ввода Белорусской АЭС.
Оборудование: водогрейный котёл мощность 50 МВт, 2 шт.
Производитель: PARAT (Норвегия).

Наши инженеры, а также специалисты ОАО «Белэнергоремналадка» (БЭРН) и представители завода-изготовителя электрокотлов Parat провели пусконаладочные работы на электрокотлах, вспомогательном, электротехническом оборудовании и АСУ ТП. Программное обеспечение было разработано специалистами БЭРН на базе PCS7 Siemens. В ходе выполнения ПНР на автоматизированной системе управления технологическим процессом была выполнена настройка и проверка алгоритмов работы оборудования.

С 12 по 15 августа 2020 г. проведено успешное комплексное опробование, и в настоящее время готовятся документы по вводу объекта в эксплуатацию.

Результаты работ подтверждают необходимые характеристики и режимы, заданные проектом и соответствуют техническим параметрам работы водогрейных котлов Parat.

«Умный» город на юге Берлина от Panasonic

Panasonic и GSW Sigmaringen объявили об открытии высокотехнологичного «умного» города Future Living Berlin, основанного на самых современных технологиях цифровизации и подключенных устройствах.

Future Living Berlin, строительство которого стартовало в июле 2017 года, стал первым энергонезависимым инновационным «умным» городом в Центральной Европе,  который ориентирован на энергоэффективность, экологичность и декарбонизацию общества. Он пополнил портфолио «умных» городов корпорации Panasonic, включающее проекты в Японии и Америке.

«Умный» городской квартал площадью 7,604 м2 расположен на юге Берлина — в районе Адлерсхоф, претендующем на звание будущего крупнейшего технологического хаба Германии. Реализуя девиз проекта «Живите в будущем. Сейчас», разработчики «создали жилую среду будущего, воплотив в жизнь идею универсального дизайна и доступности, а также комфортного проживания разных поколений. Все здания спроектированы и построены по принципам безбарьерной среды, с открытой архитектурой, благоприятствующей социальному взаимодействию.

На крышах домов установлено 600 высокоэффективных фотоэлектрических панелей Panasonic HIT общей мощностью 195 kWp. Аккумуляторы Panasonic накапливают избыток электричества, произведённого солнечными панелями, для использования в пасмурную погоду или тёмное время суток.

Для отопления домов и производства горячей воды в «умном» городе используются 17 тепловых насосов Panasonic Aquarea системы «воздух-вода» — от 2 до 5 шт. на каждый дом. Облачный сервис Aquarea Service Cloud позволяет удалённо контролировать и обслуживать оборудование, а с помощью другого облачного решения Aquarea Smart Cloud пользователи могут сами отслеживать и регулировать собственное энергопотребление со смартфона.

В апартаментах используется IoT-платформа швейцарской компании digitalSTROM на базе технологии передачи данных по электросетям, которая регулирует работу:

  • освещения,
  • климатических систем,
  • подключенной бытовой техники,
  • закрытие и открытие дверей и другие операции.

Умная кухня KIMOCON поддерживает подключаемую кухонную технику и может регулироваться в соответствии с ростом жильцов. Смарт-телевизоры и колонки-коммуникаторы Panasonic берут на себя функции управления и оповещают о важных событиях (звонок в дверь, пожарная сигнализация и т. д.). Это может быть особенно важным для лиц, имеющих проблемы со слухом: сообщения можно вывести на экран или озвучить спикером.

Цифровая система открытия дверей myPORT от компании Schindler позволяет резидентам беспрепятственно проходить в здания и свои апартаменты, используя RFID-карты или приложение на смартфоне. Система «узнаёт» жильцов по их профилям и автоматически обеспечивает доступ во все части района, включая лифты. Гости и обслуживающий персонал могут проходить по временным картам или кодам.

Специально для жителей организована система каршеринга на базе электрокаров DAIMLER smart и подземная парковка, места на которой бронируются через приложение, подключённое к системе управления «умным» домом.

Компания Panasonic объявила о строительстве ещё одного подобного города в Японии до конца 2022 года. Город Суйта станет третьим подобным проектом в стране cо специализацией в области медицины и здоровья. На территории в 2,3 га в северной части Осаки будет выстроено несколько многоэтажных домов с 365 квартирами и апартаментами, оздоровительный центр, комплекс для постоянного проживания пожилых людей, нуждающихся в специальном уходе, а также торгово-деловой центр и парк.

Источник: электро-технический портал elec.ru.

Концерн BASF вычисляет углеродный след каждого своего продукта

Наш партнёр, немецкий концерн BASF, предоставляет суммарные значения по выбросам углерода от производства каждого своего продукта. Этот показатель – «углеродный след продукта» – включает в себя все выбросы парниковых газов, которые выделяются с момента покупки сырья до использования энергии в производственных процессах, пока конечный продукт не покинет завод.

BASF рассчитывает CO2 отдельных продуктов с 2007 года. С помощью собственного цифрового решения BASF сможет отследить углеродный след примерно для 45 тысяч собственных разработок. К концу 2021 года планируется рассчитать углеродный след для всей продукции и сделать эту информацию доступной.

Кроме этого, эксперты BASF разработали концепцию баланса биомассы. Её суть: на интегрированных производственных комплексах ископаемые ресурсы заменяются возобновляемым сырьём из органических отходов и растительных масел. Концепция баланса биомассы также применяется в проекте ChemCyclingTM: с 2020 года BASF в коммерческих масштабах производит продукты, для производства которых в самом начале цепочки создания стоимости в качестве сырья используются химически переработанные пластиковые отходы. Продукция BASF, созданная с применением вышеперечисленных подходов, имеет ровно те же свойства, что и продукты из ископаемого сырья, однако её углеродный след значительно ниже.

Защита климата является важной частью стратегии BASF. Концерн поставил себе цель до 2030 года удерживать количество выбросов от производства на текущем уровне, несмотря на дальнейший рост бизнеса. BASF придерживается трехступенчатого подхода:

  1. Повышение эффективности производства и процессов.
  2. Закупка электроэнергии из возобновляемых источников.
  3. Разработка инновационных процессов с низким уровнем выбросов.

Источник: BASF.

БРЭЛЛ и ВИЭ: что будет дальше?

Страны Балтии – Литва, Латвия и Эстония – в 2025 году хотят выйти из энергокольца БРЭЛЛ (Беларусь, Россия, Эстония, Латвия, Литва) и подключиться к энергосистеме континентальной Европы. Их соединят через Польшу – через уже построенную смычку LitPol Link и морской кабель Harmony Link. Однако оценка экспертов гласит, что процесс отсоединения от БРЭЛЛ будет в этом случае крайне затратным в сфере ресурсов и денег, а также в будущем ударит по карману потребителей, тарифы для которых неизбежно вырастут.

Министерство экономики Латвии представило проект Национального плана по климату. Размер инвестиций равен 10 миллиардам евро, что сопоставимо с госбюджетом страны на текущий год. Страна мобилизует все свои силы и средства для достижения «экологического нейтралитета» к 2050 году.