Достижения в проектировании разных типов солнечных ячеек, по состоянию на последние 40 лет

Обозначения:
📌точки – название лабораторий, в которых были достигнуты достижения;
📌фиолетовый цвет – каскадные фотоэлементы и элементы на основе арсенида галлия;
📌синий цвет – кремниевые ячейки различных вариантов;
📌зелёный цвет – тонкопленочные элементы на основе полупроводников теллурида кадмия и селенида меди-индия-­галлия;
📌оранжевый цвет – сенсибилизированные красителем солнечные ячейки, ячейки на основе перовскита, ячейки на основе органических красителей и на основе квантовых точек.

АРВЭ помогла в съемках новой документалки о ВИЭ

Если к 2050 году доля выработки зеленой энергии в России достигнет более 20%, то уже этого хватит для того, чтобы обеспечить существенную углеродоемкость российской энергетики и конкурентоспособность отечественного бизнеса в сфере ВИЭ на мировых рынках. О шансах нашей страны занять лидирующие позиции в энергетике будущего расскажет новый документальный фильм "Энергия солнца, ветра и воды", подготовленный Институтом развития интернета при помощи Ассоциации развития возобновляемой энергетики в рамках цикла "Новое общество".

🎞 "Новое общество" - документальный сериал о ближайшем будущем. Ведущие российские специалисты и эксперты в рамках данного цикла объясняют, как прорывные идеи и технологии помогут человечеству справиться с глобальным потеплением, загрязнением воздуха и опасными болезнями. Так, в серии "Энергия солнца, ветра и воды" вы узнаете:

✅ Что сделали ученые МГУ для повышения эффективности солнечных панелей?
✅ В чем уникальность Пенжинской губы, где планируется построить мощнейшую в мире приливную электростанцию?
✅ Какое из ВИЭ в России по своему потенциалу превышает газ, уголь и нефть в 10 тысяч (!) раз?

📽 Посмотреть документальный фильм "Энергия солнца, ветра и воды" уже сейчас можно в онлайн-кинотеатре Okko.

#виэ #арвэ #россия

Мьянма построит ГЭС на 152 МВт

🇲🇲Министерство энергетики Мьянмы подписало уведомление о начале работ с таиландской PTG в рамках строительства гидроэлектростанции (ГЭС) Middle Paunglaung мощностью 152 мегаватта (МВт). Проект плотинной ГЭС будет реализован на реке Паунглаунг при участии «Интер РАО» – соответствующая договорённость была достигнута в ходе Российской энергетической недели.

🌊Новая ГЭС будет сооружена на расстоянии 32 км от города Пьинмана, расположенного в административной области Мандалай в центральной части страны. Высота плотины ГЭС составит 106 метров, что более чем в два раза ниже, чем у Саяно-Шушенской ГЭС (242 м). Гидроэлектростанция сможет ежегодно вырабатывать 530 гигаватт-часов (ГВт*Ч) электроэнергии, что эквивалентно 2% от объёма выработки в Мьянме (23 тераватт-часа, согласно данным исследовательского Ember за 2021 г.). Ввод ГЭС, оборудованной двумя гидроагрегатами по 76 МВт, намечен на 2026-2027 гг.

💪Проект увеличит мощность ГЭС Мьянмы с нынешних 11 ГВт до 11,5 ГВт, а также повысит долю гидроэлектростанций в структуре общенациональной выработки, достигшей в 2021 г. 47% (против 1% у биомассовых электростанций, 32% у газа, 4% у угля и 16% у всех прочих ископаемых источников). При этом правительство Мьянмы планирует в ближайшие годы также построить пять ГЭС общей мощностью 696 МВт в бассейне реки Танинтарий на юге страны, в том числе ГЭС Thein Jun Chaung (25 МВт), ГЭС Tha Gyet Chaung (20 МВт) и ГЭС Glohong Kra (40 МВт).

👉Высокая интенсивность проектов связана со стремлением местных регуляторов преодолеть энергодефицит, который особенно характерен для сельской местности. Если в городах Мьянмы 93% домохозяйств в 2020 г. были подключены к электрической сети, то в сёлах этот показатель составлял лишь 60%, согласно данным Всемирного банка. Местные потребители пытаются решить эту проблему за счет автономных солнечных генераторов: мощность фотоэлектрических панелей, изолированных от общей сети, увеличилась в Мьянме с 2,8 МВт в 2012 г. до 40,5 МВт в 2021 г., согласно данным IRENA.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/10/19/myanma-postroit-ges-na-152-mvt/

Схема размещения ГеоЭС в мире

Как уже отмечалось, геотермальные электростанции расположены преимущественно в местах разломов тектонических плит и вблизи очагов вулканической деятельности.

В развитие темы

Монетизация ТЭНГ

⚡️Как мы установили, трибоэлектрический наногенератор (ТЭНГ) способен получить самое широкое распространение в экономике. Так, к областям, на которые он повлияет, относятся: питание носимой электроники, сенсорных датчиков для робототехники, датчиков для искусственного интеллекта, очистка воздуха и разложение молекул загрязняющих веществ в воде, имплантируемые медицинские устройства для здравоохранения, пусковые устройства и системы слежения для обеспечения безопасности, микрофоны с автономным питанием,распознавание голоса и набор текста, мобильные устройства для интернета вещей, а также сбор энергии океанских волн на больших площадях с целью обеспечения устойчивой энергией.

💰Такое распространение логично приведёт к извлечению прибыли из ТЭНГ. Для иллюстрации: американская компания IDTechEx опубликовала отчёт о трибоэлектрическом сборе энергии и зондировании на основе использования ТЭНГ в качестве преобразователей с рынком в миллиарды долларов к 2040 году. В отчёте приведены многочисленные возможности для коммерциализации технологий ТЭНГ. ТЭНГ является важной частью распределённой энергетики. По данным BCC Research, мировой рынок технологий распределённой генерации к 2040 году достигнет почти $350 млрд.

Солнечная энергетика

☀️Из альтернативных источников энергии наиболее перспективной представляется солнечная энергия. Причина проста и понятна - энергия ближайшей к нам звезды неисчерпаема.

💪Для понимания: энергия солнечного света, попадающая на нашу планету в течение одного часа, эквивалентна всей энергии, которую использует человечество в течение одного года. По абсолютному значению поставляемой на нашу планету энергии в единицу времени Солнце занимает первое место. Мощность солнечного излучения, достигающего Земли, составляет 100000 ТВт.

👉Для преобразования энергии солнечного излучения в энергию электричества в промышленных масштабах используются различные фотопреобразователи – фотоэлементы (солнечные ячейки) на основе полупроводников (кремний, кадмий и т. д.); фотоэлементы на основе органических полимеров, тонкопленочные фотоэлементы. В настоящее время также стали интенсивно разрабатываться ячейки на основе органических хромофоров (биологические пигменты и пигмент/белковые комплексы). Полупроводниковые фотоэлементы обладают на данный момент наибольшей эффективностью. По состоянию на данный момент лабораторные солнечные ячейки на основе кремния имеют эффективность около 40%, тогда как эффективность промышленных солнечных ячеек составляет около 20%. В то же время такие фотоэлементы обладают рядом недостатков, основными из которых являются их высокая стоимость и проблема утилизации вредных компонентов солнечных ячеек (кадмий).
https://t.iss.one/globalenergyprize/3547

Масштабируй это

❗️Кстати, эта установка успешно прошла испытания при извлечении гелия. Так что теперь стоит вопрос о возможности масштабирования этой технологии и применения её для других месторождений, а не только Чаяндинского и Ковыктинского.

📰«Предварительный анализ хранения гелиевого концентрата в выбранной зоне месторождения подтвердил отсутствие его перетока в другие зоны или высвобождения в атмосферу. Исходя из опыта эксплуатации установки мембранного выделения гелиевого концентрата и создания отечественного производства мембранных элементов ООО «Газпром проектирование» проработаны перспективные направления возможного использования мембранных технологий применительно к стоящим перед «Газпромом» задачам», — подчёркивается в упомянутой статье зампреда правления компании Виталия Маркелова и гендиректора ООО «Газпром проектирование» Владимира Вагарина.

👉В частности, мембранно-абсорбционная технология, обеспечивающая одновременное удаление кислых компонентов (сероводорода и углекислого газа) из природного газа, может использоваться при очистке газа Астраханского газоконденсатного месторождения. Запасы газа этого месторождения отличаются высоким содержанием сероводорода, поэтому сейчас на его базе создается полигон по закачке кислых газов.

Устройство мембранного реактора для парциального окисления метана

👉В присутствии катализаторов температура процесса, необходимая для достижения высоких значений конверсии метана и выхода продуктов, становится ниже 1000°С. С целью интенсификации процесса разрабатываются мембранные реакторы, в которых совмещена функция разделения воздуха и каталитического парциального окисления метана. В этом случае кислород, содержащийся в воздухе проходит через кислородпроводящую мембрану и используется для окисления метана в синтез-газ.

❗️Использование воздуха снижает эксплуатационные расходы и сводит к минимуму угрозу безопасности, связанную с работой с чистым кислородом. Дополнительным преимуществом каталитических мембранных реакторов является равномерное распределение температурного профиля, что решает проблему перегрева входной части слоя катализатора, где кислород газовой фазы расходуется на полное окисление метана.

В развитие темы

📺 Смотрите на Youtube-канале «Глобальной энергии» - краткий отчёт о сессии «Практика открытий. Новые технологии, изменившие взгляд на отрасли ТЭК», состоявшейся на конференции «Территория энергетического диалога».

Встроенное солнце

🇩🇪Немецкая компания Autarq разработала черепицу со встроенными монокристаллическими солнечными элементами. Инновация выглядит как обычная кровля, которую при этом можно использовать для автономного энергоснабжения.

💪Мощность одной плитки черепицы составляет 10 ватт (Вт); один квадратный метр покрытия состоит из двенадцати черепиц общей мощностью 120 Вт. По оценке Autarq,
📌одна плитка может генерировать 8 кВт*Ч электроэнергии в год, что эквивалентно энергозатратам на 40 часов игры в Play Station или стирку 40 килограмм белья;
📌в свою очередь, один квадратный метр черепицы способен генерировать 95 кВт*ч, что достаточно для выпечки 100 листов пиццы или просмотров 400 часов сериалов от Netflix;
📌а сорока квадратных метров черепицы хватит для генерации 3 850 кВт в электроэнергии в год, что эквивалентно среднегодовому энергопотреблению одной семьи из четырёх человек или же затратам электромобиля на прохождение 25 тыс. км.

👉Черепица, рассчитанная на 25 лет эксплуатации, может работать в температурном диапазоне от минус 40 до плюс 85 градусов. Покрытие способно выдерживать нагрузку до 5 400 паскалей, т.е. пригодно для продолжительной снежной зимы. Важным преимуществом является и сравнительная доступность: стоимость квадратного метра черепицы составляет 276 евро, без учёта затрат на монтажные работы. КПД черепицы достигает 20-22%, что близко к эффективности преобразования солнечной энергии у стандартных фотоэлектрических панелей.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/10/20/vstroennoe-solnce-cherepica-dlya-avtonomnogo-energosnabzheniya/

Полная зарядка за 10 минут❗️

🇺🇸Учёные из Университета Пенсильвании разработали аккумулятор для электромобилей, полная подзарядка которого будет занимать не более десяти минут. Партнёр проекта, компания EC Power, собирается внедрить инновацию в серийное производство электрокаров.

🔋Батарея для электромобилей достигает наибольшей эффективности при стабильно высокой, но не раскалённой температуре. Ряд производителей пытались обеспечить это условие за счёт внешних охлаждающих и нагревательных систем, требующих большого пространства и потребляющих значительное количество энергии. Исследователи из Университета Пенсильвании пошли по другому пути, взяв за основу принцип внутренней терморегуляции и создав новую структуру батареи, в которой
✔️помимо стандартных трёх элементов – анода (электрода, в котором движение электронов направлено от него), электролита (проводника электрического тока) и катода (электрода, в котором движение электронов направлено к нему) –
✔️добавлен четвёртый в виде сверхтонкой никелевой фольги. Этот элемент самостоятельно регулирует температуру и реактивность батареи, что позволяет сократить время её зарядки до десяти минут.

💪Инновация может позволить снизить минимальную ёмкость батарей электрокаров с нынешних 150 киловатт-часов (кВт*Ч) до 50 кВт*Ч, что уменьшит вес аккумулятора, а также потребность в дорогостоящих материалах, таких как графит, кобальт и литий. Разработка в случае успешной коммерциализации даст также возможность преодолеть ключевой недостаток электромобилей – высокую продолжительность зарядки: если автомобилям на бензине или дизельном топливе для полной заправки требуется не более семи минут, то электрокарам – двенадцать и более часов.

🗓Новая технология может стать особенно актуальной в следующем десятилетии, когда в ряде стран и регионов начнут действовать запреты на продажи новых автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Например, в Великобритании это ограничение вступит в силу в 2030 г., а в Калифорнии и ЕС – в 2035 г.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/10/20/polnaya-zaryadka-za-10-minut-novaya-tehnologiya-dlya-akkumulyatornyh-elektromobilej/

Смоделированная структура IRMOF-74-III-(CH2NH2) 2 (несимметричная картина), увеличены три пористых участка для улавливания CO2: до (слева) и после контакта с углекислым газом с относительной влажностью до 95% (внизу справа) и сухого CO2 (вверху справа). Ковалентно связанные амины и предполагаемые продукты хемосорбции представлены на химических схемах пунктиром. Атомы H опущены (для упрощения). Цвета атомов: C - серый; O - красный; N - зеленый; Мg – голубой.

❗️В целом, физисорбционные сорбенты характеризуются умеренным потреблением энергии, в то время как хемосорбционные сорбенты более эффективны в селективном улавливании CO2 (по сравнению с другими видами сорбентов), особенно во влажной среде. Также стоит отметить, что оба механизмы сорбции могут функционировать в одном и том же сорбенте, особенно при большой площади поверхности взаимодействия и крупных объёмах пор.

👉Разработка всесторонне оптимизированных PCC-сорбентов продолжает оставаться актуальной задачей.

Комбинация «ветер - солнце»

💨Важным достоинством данной инновации является возможность комбинированной генерации: установку можно разместить на плоской части крыши, покатую часть которой целесообразно оснастить солнечными панелями, чтобы варьировать источники выработки в зависимости от сезона, времени суток и текущей погоды. При этом ветротурбина пригодна для применения в коммерческом секторе: так, нефтехимический гигант BASF уже использует её на своём заводе в штате Мичиган.

👍Изобретение Aeromine Technoligies внесёт вклад в развитие автономной ветрогенерации, которая пока по популярности уступает солнечной. По данным IRENA, глобальная мощность энергоустановок, изолированных от общей сети, в 2021 г. достигла 11,3 гигаватт (ГВт):
✔️из них 4,9 ГВт приходилось на фотоэлектрические панели,
✔️1,9 ГВт – на мини-гидрогенераторы,
✔️а 4,5 ГВт – на все прочие типы установок, включая ветряные турбины.

Схема утилизации метановоздушной смеси (СММ) с применением ТОТЭ

Предложен процесс окислительной конверсии СММ в электрохимической ячейке ТОТЭ с каталитически активным анодом с удалением кислорода из смеси СММ методом PSA для регулирования состава смеси и предотвращение риска взрыва.

В развитие темы

Слова классика

- Освещение - это один из секторов, по крайней мере, в США, в котором энергоэффективные технологии входят очень медленно. Причина в том, что потребители недостаточно знают, как сильно они смогут сэкономить, используя компактные люминесцентные и светодиодные технологии. Эта экономия многократно компенсирует их высокую первоначальную стоимость по сравнению с лампами накаливания.

Джаянт Балига
https://globalenergyprize.org/ru/2019/12/01/dzhayant-baliga-ssha/

Ячейки Гретцеля приносят выгоду

💪Перспективная разработка уже получила применение в сегменте беспроводных закрытых наушников: 💰При этом компания планирует поставлять свою технологию для производителей бытовой электроники (портативные колонки, электронные книги) и устройств «Интернета вещей» (трекеры, датчики и пульты дистанционного управления).

Инновация Exeger уже внесла значительный вклад в коммерциализацию ячеек Гретцеля, которые, в отличие от кремниевых фотоэлектрических панелей, позволяют использовать солнечную энергию для снабжения малых бытовых устройств. Дальнейшее распространение технологии будет во многом зависеть от удешевления сенсибилизатора, придающего фоточувствительность элементам, используемым в ячейке.

👉Обычно эту роль выполняют соединения на основе рутения – дорогостоящего металла серебристого цвета, относящегося к платиновой группе. Учёные из Московского института электронной техники (НИУ МИЭТ) и институтов РАН в нынешнем году предложили использовать в качестве альтернативы более дешёвые безметалльные красители, которые при этом отличаются высокой степенью поглощения солнечного света.

Дайджест "Глобальной энергии" за 17-21 октября.

👉Выпуск по ссылке

📌"Практика открытий. Новые технологии, изменившие взгляд на отрасли ТЭК".
📌Мембранные технологии для Н2 и СО2 
📌Ячейки Гретцеля для беспроводных устройств
📌Ветряные турбины для крыш частных домов
📌Полная зарядка за 10 минут: новая технология для аккумуляторных электромобилей
📌Черепица для автономного энергоснабжения
📌Мьянма построит ГЭС на 152 МВт.

«Единственная причина для существования времени — чтобы все не случилось одновременно». © Альберт Эйнштейн

В чём хороши мембраны

👉Комбинированная технология может применяться при выделении из природного газа азота и инертных компонентов. А речь здесь о таких средах, как ксенон и криптон, получаемых при переработке природного газа.

👍Опыт использования установки на Чаяндинском месторождении показал, что мембранная подготовка газа позволяет снизить содержание водорода более чем в шесть раз, а диоксида углерода — практически в два раза. Это дополнительно снижает затраты при последующей криогенной переработке на Амурском ГПЗ. При этом в составе подготовленного газа сохраняются легкие углеводороды С2 — С4.

💪Вообще, принципом работы мембранных систем является разница в скорости проникновения компонентов газа через материал мембраны. Основной поток газа проходит мембрану байпасом практически без потерь давления. Целевые компоненты проходят через мембрану со значительными потерями давления.

Азы фотосинтеза

☀️Естественным природным процессом преобразования солнечной энергии в другие виды энергии является природный фотосинтез. Фотосинтезирующие организмы научились конвертировать энергию солнечного света в энергию полезных им химических соединений около 3,5 млрд. лет назад.

💪В настоящее время несомненным является тот факт, что процесс фотосинтеза – это один из самых важных процессов на нашей планете. Стоит отметить, что нефть, газ и уголь также появились благодаря способности фотосинтезирующих организмов захватывать солнечную энергию и использовать её для создания органических молекул. Преобразование и накопление энергии на планете осуществляют именно фотосинтезирующие растения, а органические соединения, которые синтезируются ими в процессе природного фотосинтеза, являются первичными продуктами накопления солнечной энергии. Известно, что в процессе природного фотосинтеза энергия квантов поглощенного света превращается в химическую энергию с эффективностью около 100%, то есть квантовый выход первичных реакций разделения заряда в ходе фотосинтеза близок к 1.

👉Необходимо отдельно остановиться на одной из крайне важных эволюционных возможностей живой природы нашей планеты, а именно, на процессе окисления воды за счёт энергии поглощённого солнечного света, сопровождающийся выделением молекулярного кислорода в оксигенном фотосинтезе. Именно фотоокисление воды оксигенными фототрофами привело к появлению в атмосфере значительного количества молекулярного кислорода, что вызвало формирование защитного озонового слоя, а также вывело биоэнергетику почти всего живого на планете на абсолютно новый уровень аэробного метаболизма. В результате почти все живые организмы получили способность сжигать органическое топливо со значительной степенью эффективности. Фотосинтетический аппарат представляет собой эффективный и слаженно работающий механизм, который является крайне перспективным объектом для моделирования процессов преобразования энергии, а компоненты фотосинтетического аппарата весьма перспективны для их использования в составе солнечных ячеек.
https://t.iss.one/globalenergyprize/3552

Полезная крыша

🏠Эта инновация ориентирована на тех покупателей, которые предпочитают обеспечить потребности в электроэнергии за счёт автономных источников, но при этом хотят сохранить привычный фасад собственного дома.

🌡Благодаря упомянутому высокому диапазону температур технология может использоваться в холодных регионах с высоким количеством ясных дней. В частности, в Забайкалье, где солнечная погода сохраняется в течение более чем 270 суток в году.

👉Наконец, разработка сделает ещё более популярным применение фотоэлектрических панелей, изолированных от общей сети. Их глобальная установленная мощность в период с 2011 по 2020 гг. выросла в семь с лишним раз (с 716 до 4 865 мегаватт), согласно IRENA.

(a) Кристаллическая структура перовскитов. Структурные диаграммы n-i-p мезоскопических, n-i-p планарных PSC со слоями TCO-ETL и p-i-n инвертированных PSC (вверху). Подвижность электронов и зонная структура различных материалов с электронной проводимостью (внизу).
(b) Схематическая диаграмма энергетических уровней компонентов, используемых в PSC, включая наиболее эффективные перовскитные поглотители света и наиболее эффективные HTL с указанием их уровней HOMO

В развитие темы