Новый солнечный элемент побил рекорд эффективности
Укладка перовскитных солнечных элементов поверх кремниевых является одним из способов увеличения количества используемого солнечного света
Использование солнечных фотоэлектрических элементов в качестве возобновляемого источника энергии находится на подъёме, так как технология становится всё более эффективной и менее дорогой.
Укладка перовскитных солнечных элементов поверх кремниевых является одним из способов увеличения количества используемого солнечного света, и теперь исследователи из Австралийского национального университета побили рекорд эффективности для этих тандемных солнечных элементов.
Исследователи говорят, что их новые солнечные элементы на основе перовскита и кремния достигли 27,7% эффективности преобразования солнечного света в энергию. Это более чем вдвое больше, чем технология могла дать всего пять лет назад (13,7 процента), и это достойный шаг вперёд по сравнению с отчётами двухлетней давности – 25,2 процента.
Интересно, что технология уже превосходит большинство имеющихся в продаже солнечных батарей, которые колеблются около 20-процентной отметки эффективности. Они основаны исключительно на кремнии, и ожидается, что в ближайшие несколько лет достигнут максимального предела.
И кремний, и перовскит хорошо преобразуют солнечный свет в энергию, но вместе они работают еще лучше. Это связано с тем, что два материала поглощают свет различной длины волны – кремний собирает в основном красный и инфракрасный свет, а перовскит специализируется на зеленом и синем.
Чтобы максимально использовать это, исследователи укладывают полупрозрачные ячейки перовскита поверх кремниевых. Перовскит улавливает то, что ему нужно, в то время как другие длины волны фильтруются до кремния.
В настоящее время учёные работают над повышением эффективности ещё больше, с быстрым приближением коммерциализации технологии. По мнению исследователей, эффективность должна составить около 30 процентов, прежде чем она станет жизнеспособной для массового производства, и ожидается, что это произойдет к 2023 году.
Новая система трёхмерной визуализации может улавливать одиночные фотоны
Новая технология является первой реальной демонстрацией подавления однофотонного шума
Исследователи из Технологического института Стивенса создали систему трёхмерной визуализации, которая использует квантовые свойства света для создания изображений, в 40000 раз более чётких по сравнению с современными технологиями. Открытие прокладывает путь для эффективного использования системы LIDAR в автомобилях с автоматическим управлением и спутниковых картографических системах, связи в космосе и т.д.
Работа рассматривает давнюю проблему с LIDAR, которая запускает лазеры по удалённым целям, а затем обнаруживает отражённый свет. В то время как детекторы света, используемые в этих системах, достаточно чувствительны, чтобы создавать детальные изображения из нескольких фотонов – мельчайших частиц света, сложно отличить отражённые фрагменты лазерного света от более яркого фонового света, такого как солнечные лучи.
«Чем более чувствительными становятся наши датчики, тем более чувствительными они становятся к фоновому шуму», – говорят учёные. «Это проблема, которую мы сейчас пытаемся решить». Новая технология является первой реальной демонстрацией подавления однофотонного шума с использованием метода, называемого квантовым параметрическим режимом сортировки или QPMS, который впервые был предложен в 2017 году.
В отличие от большинства инструментов фильтрации шума, которые основаны на программной пост-обработке для очистки изображений с шумом, QPMS проверяет квантовые сигнатуры света с помощью экзотической нелинейной оптики, чтобы создать экспоненциально более чистое изображение на уровне самого датчика.
Обнаружить специфический фотон, несущий информацию, среди фонового шума, всё равно, что пытаться вырвать из снежной бури одну снежинку – но это именно то, что удалось исследователям. Они описывают метод впечатывания определённых квантовых свойств в исходящий импульс лазерного света, а затем фильтрации входящего света, так что датчик регистрирует только фотоны с совпадающими квантовыми свойствами.
Результат: система визуализации, которая невероятно чувствительна к фотонам, возвращающимся из своей цели, но которая игнорирует практически все нежелательные фотоны с шумом. Такой подход даёт чёткие трёхмерные изображения, даже когда каждый фотон, несущий сигнал, заглушается гораздо большим количеством фотонов с шумом.
«Очистив начальное обнаружение фотонов, мы раздвигаем границы точного трёхмерного изображения в “шумной” обстановке», – сказал Патрик Рейн, ведущий автор исследования. «Мы показали, что можем уменьшить количество шума примерно в 40000 раз от того, что могут дать самые современные технологии визуализации».
С практической точки зрения, уменьшение шума QPMS может позволить использовать LIDAR для создания точных, подробных 3-D изображений на расстояниях до 30 километров. QPMS также может быть использован для связи в дальнем космосе, где резкие солнечные блики обычно заглушают отдалённые лазерные импульсы. Пожалуй, самое захватывающее, что эта технология также может дать исследователям более чёткий взгляд на наиболее чувствительные части человеческого тела.
Обеспечивая практически бесшумную однофотонную визуализацию, система поможет исследователям создавать чёткие, очень подробные изображения сетчатки глаза человека, используя почти невидимые слабые лазерные лучи, которые не повредят чувствительные ткани глаза.
Наноспутник «Лебедь» отправят в космос на солнечном парусе
Российский наноспутник «Лебедь» может стать первым космическим аппаратом, покинувшим земную орбиту с помощью солнечного паруса. Лётный образец спутника могут представить уже через три года, после чего последует тестовый полёт.
Технику планируется использовать для исследовательских миссий, которые станут дешевле за счёт отказа от применения тяжёлых маршевых двигателей — это позволит снизить общий вес отечественного зонда. Основное отличие «Лебедя» от иностранных разработок — уникальная роторная конструкция двухлопастного паруса, позволяющая увеличить его площадь в десять раз. Как рассказал старший преподаватель МГТУ им. Баумана Александр Попов, на «Лебеде» будет установлен запатентованный университетом двухлопастной роторный парус, для развёртывания которого не требуется каркас. «Благодаря этому мы рассчитываем в десять раз увеличить его площадь при том же весе конструкции», — отметил ученый.
По словам Попова, новый аппарат будет доставлен ракетой-носителем на орбиту высотой в 1 тыс. км. После чего он начнет управляемое вращение, инициируемое с помощью манёвровых электротермических двигателей — резистоджетов (необходимую энергию они получат от солнечных батарей). При этом за счёт центробежной силы из специальных цилиндров по обеим сторонам спутника будут выпущены два паруса с односторонним светоотражающим покрытием. Их суммарная длина составит около 320 м.
Учёные запатентовали систему энергоснабжения Земли из космоса
Московский радиотехнический институт Российской академии наук получил патент на систему передачи энергии с орбитальной солнечной электростанции на Землю, говорится в данных на сайте Федеральной службы по интеллектуальной собственности.
Согласно документу, учёные предлагают развернуть космическую солнечную электростанцию на высоте от 300 до 1000 километров и при пролете над наземным приёмным пунктом передавать накопленную в аккумуляторах электростанции энергию с помощью микроволн.
» (…) энергоснабжение Земли из космоса может: 1. Обеспечить передачу энергии непосредственно в районы её потребления и, в первую очередь, в труднодоступные и высокоширотные без организации наземных линий электропередачи большой протяженности. 2. Сократить использование углеводородного топлива, добыча и сжигание которого оказывают вредное влияние на биосферу», — говорится в пояснении к патенту.
При этом в российском патенте указан схожий американский патент 1971 года, в котором впервые была выдвинута идея создания солнечной космической электростанции. Тогда электростанцию предлагалось разместить на геостационарной орбите высотой 36 тысяч километров, что позволило бы ей всё время находиться практически над одним и тем же участком поверхности Земли и тем самым обеспечить постоянную передачу энергии на Землю. Однако в этом случае приёмная станция должна быть расположена на экваторе. Российское предложение позволяет передавать энергию и в другие регионы Земли.
В 2018 году первый заместитель гендиректора холдинга "Швабе" Сергей Попов в интервью РИА Новости рассказал, что российские учёные разрабатывают орбитальный лазер с зеркалом-ретранслятором, который будет способен передавать энергию Солнца в те части Земли, где невозможно или крайне затруднительно построить электростанции, в том числе в Арктику.
Система распознавания позволит дронам летать в 10 раз быстрее и не врезаться
Инженеры из Цюрихского университета (Швейцария) представили принципиально новую систему предотвращения столкновений для беспилотников – ничего более быстрого и точного в мире пока нет. Они исходили из того, что скорости реакции в 20-40 миллисекунд, как у многих коммерческих беспилотных систем, недостаточно для организации безопасного движения скоростных летающих дронов. Для демонстрации возможностей своего детища швейцарцы использовали игру в вышибало, научив беспилотники виртуозно уклоняться от летящих в них мячей.
Проблема со временем реакции дронов на препятствия имеет два корня. Во-первых, высокие скорости движения у летающих аппаратов в сравнении с наземными. Во-вторых, слабая вычислительная мощность, из-за чего бортовые системы не успевают проанализировать ситуацию и распознать помеху. В качестве решения инженеры заменили датчики на «камеры событий», повысив скорость реакции до 3,5 миллисекунд.
Камера событий реагирует только на изменение яркости отдельных пикселей в кадре и игнорирует прочие, поэтому ей нужно обработать совсем немного информации, чтобы обнаружить движущийся объект на статичном или малоподвижном фоне. Отсюда и высокая скорость реакции, но в ходе практических экспериментов выяснилось, что ни существующие дроны, ни сами камеры для этой цели не подходят. Заслуга швейцарских инженеров в том, что они переделали и камеры, и платформу квадрокоптеров, плюс разработали необходимые алгоритмы, фактически создав новую систему.
При игре в вышибало дрон с такой системой в 90 % случаев успевает уклониться от мяча, который бросают в него со скоростью 10 м/с, с расстояния всего в 3 м. И это при наличии всего одной камеры, если заранее известен размер помехи – а наличие двух камер позволяет ему самому точно вычислить все параметры помехи и принять нужное решение. Теперь инженеры работают над проверкой системы в движении, при полетах на сложных трассах. По их расчетам, в итоге БПЛА смогут летать вдесятеро быстрее, чем сейчас, без риска столкновения.
Сингапурские учёные научились получать превосходный аэрогель из старых покрышек
Учёных из Национального университета Сингапура чрезвычайно расстроил тот факт, что лишь 40 % использованных покрышек отправляются в переработку – поэтому они поставили себе целью найти альтернативное решение этой проблемы. Чёткого плана не было, только идея – выделить из материала шин каучук и придать ему новую форму. Например, превратить его в пористую основу для аэрогеля – ячеистую структуру, в которой ячейки заполнены газом.
В ходе экспериментов учёные вымачивали тонкие фрагменты шин в смеси из «экологически безопасных» растворителей и воды, чтобы очистить каучук от примесей. Затем раствор вываривали до образования равномерной массы, охлаждали до -50 °C и лиофилизировали в вакуумной камере в течение 12 часов. На выходе получался плотный и лёгкий аэрогель.
В отличие от иных видов аэрогелей вариант на резиновой основе оказался в разы прочнее. А после нанесения покрытия из метокситриметилсилана он стал ещё и водостойким, что сразу определило перспективную область его применения – в качестве сорбента для ликвидации разливов нефти. Вчерашний мусор поможет избавиться от другого вида отходов и загрязнений.
Но больше всего сингапурских учёных радует экономическая сторона изобретения. Создание листа каучукового аэрогеля площадью 1 кв.м. и толщиной 1 см занимает 12-13 часов и обходится в $7. Процесс можно легко масштабировать и превратить в коммерчески привлекательный бизнес. Особенно, с учетом колоссальных запасов и дешевизны исходного материала.
В РФ разрабатывают беспилотное аэротакси
В России создаётся беспилотное аэротакси, которое будет способно перевозить пассажиров на расстояние до 500 км с крейсерской скоростью 500 км/час. Первую экспериментальную модель планируют создать к 2025 году, на ней будут отрабатывать вертикальные взлёт и посадку.
Ожидается, что далее будет выпущен лётный образец, грузоподъёмность которого составит 500 кг (четыре пассажира), пишет газета «Известия».
Такое аэротакси прежде всего создают для применения в городах-миллионниках и в самых больших по площади областях страны. Актуальным применение транспортного средства станет из-за нехватки в России взлётно-посадочных полос, объяснили разработчики из Национальной технологической инициативы (НТИ).
«Высокую скорость аппарата обеспечит установленная на его борту газотурбинная установка, соединённая с электрогенератором. Через батарею суперконденсаторов он питает шесть стационарных двигателей, — рассказал заместитель соруководителя рабочей группы «Аэронет» НТИ Павел Булат. По его словам двигатели будут вращать подъёмные и маршевые вентиляторы, которые будут полностью убраны внутрь фюзеляжа, выполняющего функции крыла. Управление планируется осуществлять струйными рулями и за счёт изменения вектора тяги. Силовую электронику для машины создадут из карбида кремния вместо традиционного кремния.
Материал корпуса также будет инновационным. Конструкторы собираются применить новейший сплав алюминия и скандия. Его разработали во Всероссийском институте авиационных материалов. Это позволит создать лёгкий цельнометаллический фюзеляж сварной конструкции.
Тоёта и Лексус разработали технологию, делающую угон автомобилей бессмысленным
Угон автомобиля — одна из самых больших неприятностей, с которыми сталкиваются автовладельцы. Даже системы сигнализации не всегда справляются со своей задачей, но у производителей уже появилось более продвинутое решение. С 2020 года весь модельный ряд брендов Toyota и Lexus в России будет защищён уникальным противоугонным идентификатором T-Mark / L-Mark.
Идентификатор представляет собой маркировку автомобиля микроточками из плёнки диаметром 1 мм, на которую нанесён уникальный PIN-код, связанный с VIN-номером конкретного автомобиля. Всего на различные элементы кузова и агрегаты наносится до 10 000 таких точек. Проверить их соответствие «прикреплённому» транспортному средству можно на сайтах toyota.ru и lexus.ru.
Использование маркировки позволяет правоохранительным органам и покупателям подержанных автомобилей сверить «паспортные» данные машины с реальной датой её изготовления, комплектацией, маркой и номером двигателя и другими характеристиками. Производитель позиционирует идентификаторы как решение, значительно снижающее интерес угонщиков к автомобилям Toyota и Lexus и позволяющее исключить возможность перепродажи ими транспорта на вторичном рынке.
Первым автомобилем, получившим L-Mark на отечественном рынке, стал Lexus ES — по данным производителя, на сегодняшний день не было зарегистрировано случаев угона этого седана, оснащённого противоугонной маркировкой. Кроме того, владельцам маркированных машин доступны скидки до 15% на полис КАСКО по риску «угон». Ожидается, что процесс оснащения модельного ряда брендов Toyota и Lexus в России фирменной маркировкой T-Mark / L-Mark завершится в течение 2020 года.
Российский электродвигатель на сверхпроводниках испытают в полёте
Специалисты из ЦИАМ им. П. И. Баранова начали подготовку к испытаниям первой в России гибридной силовой установки с электромотором в составе. Об этом накануне сообщило агентство РИА Новости, ссылаясь на пресс-службу научно-испытательного центра.
В середине текущего месяца представители института посетили ФГУП «СибНИА им. С. А. Чаплыгина», где провели осмотр летающей лаборатории на базе Як-40, на которой в будущем планируется протестировать перспективный агрегат. Лётные испытания предположительно должны состояться через 2 года. В носовую часть самолёта планируется установить новейший высокотемпературный электродвигатель на сверхпроводниках и систему охлаждения, созданные ЗАО «Суперокс» по заказу ФПИ. Напомним, что данный агрегат является уникальной отечественной разработкой, которая способна обеспечить ощутимое преимущество в удельной мощности и КПД компонентов гибридной установки, в сравнении с традиционным электротехническим оборудованием.
В свою очередь, вместо одного из трёх моторов в «хвосте» летающей лаборатории установят турбовальный газотурбинный агрегат с электрогенератором, разработанный УГАТУ. Блоки системы управления и аккумуляторы разместят в салоне Як-40. Там же во время полёта будут находиться инженеры-испытатели. Главной целью готовящихся испытаний является создание демонстратора гибридной силовой установки, которая в будущем сможет быть установлена на перспективные межрегиональные российские самолёты.
