Многие ныне действующие системы такого типа работают по термоэлектрическому принципу, вырабатывая электричество за счет разности температур между двумя сторонами материла. Это хорошо, когда речь идет об устройствах типа JikoPower, аккумулирующих тепло от разогретого кухонного инвентаря и превращающих его в электричество для зарядки мобильных телефонов. Однако JikoPower не эффективен при меньших разницах температур.

Команда из Беркли стремится создать устройство, использующее низкокачественное отработанное тепло с температурой ниже 100 °С. Созданная ими пленка работает по принципу пироэлектрического преобразования энергии при значительно меньших температурах, что позволяет эффективно использовать ее в электронных устройствах.

Ученые создали прототипы устройств, создающих тепловые и электрические поля, с которыми взаимодействовали пленки толщиной от 50 до 100 нанометров. Во время опытов удалось достичь плотности энергии 1,06 Дж/куб. см, плотности мощности 526 Вт/куб. см и эффективности Карно (когда термодинамическая система выполняет механическую работу за счет теплообмена) – 19 %.

Новая технология позволит добывать солнечную энергию даже холодными темными ночами

Идея такого генератора возникла при обсуждении путей совершенствования солнечных панелей. Из-за суточного ритма в условиях нашей планеты они половину времени простаивают без дела, пока царит темнота. Однако солнечный свет несет и тепло, которое накапливается в освещаемых предметах в течение светового дня, а затем может быть использовано ночью. Остается применить хорошо известный термоэлектрический эффект и сконструировать подходящий генератор. 

В центре установки расположен теплообменник в виде алюминиевого листа, выкрашенного в черный цвет. Он спрятан в оболочку из полистирола, которая пропускает только инфракрасное излучение. К теплообменнику подключена обычная термопара, а к ней – сигнальный светодиод. Когда нагретый за день металл начинает отдавать тепло в холодный ночной воздух, термопара вырабатывает электричество и активирует светодиод.

Прототип генерирует 25 милливатт на 1 кв.м. Разработчики вычислили, что при оптимальной калибровке и в идеальных условиях они могут получить до 500 милливатт на кв.м. Немного, но уже неплохо — ведь речь идет о пассивном и возобновляемом источнике энергии. В мире очень много мест, где использование классических солнечных панелей нерентабельно, но солнечного света хватает. И там подобные генераторы могут найти применение для вторичных целей, вроде подсветки зданий или подзарядки гаджетов.

Ветряные станции с возрастом почти не снижают производительность. В отличие от других источников энергии!

Производительность ветряных электростанций в США за 17 лет снизилась всего на 13%, что является минимальным уровнем падения у станций, занимающихся добычей энергии из альтернативных источников. К такому выводу пришли ученые из Университета в Беркли, пишет Phys.org.

Рынок добычи энергии из ветра сейчас находится на подъеме, поставляя около 7,3% электроэнергии в США в 2019 году. При этом такой способ добычи электроэнергии растет по всему миру из-за низкой стоимости и снижения выбросов углеродов в атмосферу.

Несмотря на перспективность этого способа, производительность таких станций все равно падает с возрастом, но скорость снижения варьируется в зависимости от местоположения установки.

При этом ученые отмечают, что операторы ветряных электростанций имеют налоговые льготы в течение первых 10 лет работы станций. Это приводит к тому, что в первые годы техническое обслуживание станций намного выше, чем во время периода обычных налоговых ставок, поскольку компании пытаются получить максимум от своего актива.

Согласно статистике, после окончания налоговых льгот падает и производительность ветряных электростанций, примерно на 3,6% ежегодно. При этом такой тенденции нет в Европе, поскольку региональные операторы в странах ЕС продолжают техническое обслуживание станций.

Ученые решили одну из главных проблем солнечных панелей

У солнечных панелей есть один существенный недостаток — они плохо работают при перегреве. Однако инженеры, похоже, нашли выход из этой ситуации.

Сегодня во всем мире циркулирует свыше 600 гигаватт солнечной энергии, обеспечивающей 3% мирового спроса на электроэнергию. Ожидается, что этот потенциал увеличится в пять раз в течение следующего десятилетия. Большинство компаний использует кремний для преобразования солнечного света в электричество. Но типичные кремниевые элементы преобразуют только 20% энергии Солнца, которая попадает в них. Оставшаяся же часть превращается в тепло, которое может нагревать панели до 40° C. И с каждым градусом температуры выше 25° C эффективность панели падает. В области, где инженеры борются за повышение эффективности преобразования энергии на 0,1%, даже увеличение на 1% было бы экономическим благом — об этом рассказал Юн Чжоу, ученый из Университета науки и технологии Хуажонг.

Десятилетиями исследователи доказали, что охлаждение солнечных батарей водой может обеспечить немалую выгоду. Сегодня некоторые компании даже продают системы с водяным охлаждением. Но эти установки требуют наличия достаточного количества воды, резервуаров, труб и насосов. Это мало полезно в засушливых регионах и в развивающихся странах с небольшой инфраструктурой.

Однако решение пришло в виде устройства для сбора атмосферной воды. За последние годы исследователи создали материалы, которые могут всасывать водяной пар из воздуха и конденсировать его в жидкую воду, пригодную для питья. Одним из лучших среди подобных материалов является гель, который активно поглощает водяной пар ночью, когда воздух прохладный, а влажность высокая. Сам гель представляет собой смесь углеродных нанотрубок в полимерах с притягивающей воду солью хлорида кальция. Он заставляет пары конденсироваться в капли, которые удерживаются внутри вещества. Когда наступает день и температура повышается, гель начинает выделять влагу в форме пара. Но если этот материал покрыт прозрачным пластиком, выпущенный пар улавливается, конденсируется обратно в жидкую воду и стекает в контейнер для хранения — все предельно просто и удобно.

Пэн Ван, инженер-эколог из Гонконгского политехнического университета, и его коллеги подумали о другом использовании конденсированной воды: охлаждать с ее помощью солнечные батареи. Для этого исследователи прижали лист геля толщиной в 1 сантиметр к нижней стороне стандартной кремниевой солнечной панели. Их идея заключалась в том, что в течение дня гель будет отводить тепло от панели, чтобы испарять воду, которую он добыл из воздуха прошлой ночью, испаряя ее через нижнюю часть. Испарения будут охлаждать солнечную панель точно так же, как испаряющийся с кожи пот охлаждает наше тело.

Исследователи обнаружили, что количество геля, в котором они нуждались, зависело прежде всего от влажности окружающей среды. В пустынной среде с влажностью 35% солнечной панели площадью 1 квадратный метр требуется 1 килограмм геля для ее охлаждения, в то время как для области с влажностью 80% требуется всего 0,3 килограмма геля на квадратный метр панели.

Результат впечатляет в любом случае: температура охлаждаемой водой солнечной панели упала на целых 10° C. При этом выработка электроэнергии охлаждаемыми панелями увеличилась в среднем от 15% до 19%. Во время теста на открытом воздухе выяснилось, что ветер также усиливает охлаждающий эффект, о чем Ван и его коллеги сообщают в журнале Nature Sustainability.

«Зеленая» энергия стала выгоднее ископаемого топлива

Львиная доля электроэнергии в мире до сих пор производится с помощью банального сжигания угля: почти 40%. Однако, по свежим оценкам эта сфера экономики в ближайшее время перестанет расти, а затем и вовсе рискует исчезнуть — в большинстве регионов мира стало выгоднее строить «зеленые» электростанции.

К такому выводу пришли специалисты некоммерческой организации Carbon Tracker Initiative в недавно опубликованном отчете. По их подсчетам, в России, США, Китае, Индии, Австралии, большей части стран Европы и ряде других государств уже сегодня строить новые тепловые электростанции (ТЭС) менее выгодно, чем «зеленые». Энергетика на основе возобновляемых ресурсов стала сопоставимой по цене с традиционной, а в течение всего десяти лет (по самым пессимистичным прогнозам) будет существенно дешевле. К 2028 году электроэнергия от ветряков будет дешевле результата работы угольных электростанций в Японии, а еще раньше, к 2026-му — их обгонит солнечная энергия. Аналогичная ситуация сложится в Южной Корее уже через два года, в Китае — в этом году.

Страны, в которых уже сейчас «зеленые» электростанции строить выгоднее, чем традиционные

Основной акцент исследования сделан на данные регионы, так как они являются главными потребителями австралийского угля, а эта страна является основным поставщиком твердого ископаемого топлива на рынке. По подсчетам аналитиков, текущие планы по строительству новых тепловых электростанций по всему миру потребуют 600 миллиардов долларов инвестиций. В свете неутешительных для традиционной энергетики выводов отчета, эти средства рискуют быть буквально выброшенными в трубу: такие объекты подразумевают долгий срок окупаемости, на протяжении которого альтернативные источники электричества окажутся заметно дешевле.

Несмотря на то, что сейчас мировая экономика входит в кризис неизвестной продолжительности, да и цены на ископаемое топливо резко упали, общий тренд развития энергетики, скорее всего, не изменится. Возможно, лишь названные аналитиками сроки будут сдвинуты на чуть более отдаленную перспективу. В 2019 году, например, впервые за всю историю возобновляемые источники в Германии приносили больше электричества, чем традиционные на протяжении полугода.