Пока в России шли новогодние каникулы, в американском городе Лас-Вегасе состоялась традиционная Consumer Electronics Show (CES) — главная выставка высоких технологий, предназначенных, так сказать, для повседневного применения. Еще несколько лет тому назад основной упор там делался на телевизоры и развлекательные системы. Но в 2019 году акценты сместились — теперь значительную часть экспозиции занимают всевозможные установки для генерации и накопления энергии в домашних условиях, а также… всевозможные транспортные средства и оборудование для них. Например, по многообразию электромобилей CES в этом году оказалась вполне сопоставимой с ведущими автомобильными выставками.
По мнению экспертов, причина смены акцентов заключается в том, что в области аудио-видео аппаратуры предложить что-то новое сейчас весьма проблематично. Телевизор с еще большим экраном? Да, купим, если в качестве бонуса к нему предложите новый дом, куда он поместится. Мобильники нового стандарта? Неплохо, но дайте приложения, где непременно нужен 5G, а возможностей сетей 4G недостаточно. А их нет. Виртуальная реальность? Увлекательно, только вот в таких очках по улицам ходить как минимум неудобно.
Совсем другое дело — альтернативная энергетика и электромобили. Здесь прямо-таки непаханое поле для инноваций, почти каждый новый продукт — событие. А с другими продуктами на CES приезжать нет смысла, вас там просто не поймут.
Лазерные фары
Самой яркой во всех смыслах этого слова премьерой на CES 2019 стали лазерные фары для автомобиля, созданные итальянской компанией HSL на основе технологии, которую разработала американская фирма SLDLaser. Кстати, технологию лазерного освещения изобрел нобелевский лауреат Суджи Накамуро — один из создателей светодиодов белого свечения. Концепты лазерных фар на CES демонстрируют начиная с 2014 года, но на этот раз речь идет о фарах, которые начнут производиться серийно уже в самом ближайшем будущем.
Лазерные системы освещения по принципу работы во многом схожи со светодиодами белого свечения с трехполосным люминофором. В обоих случаях белый свет создается люминофором, который возбуждается источником излучения фиолетового цвета. Разница в том, что для лазерного освещения возбуждение осуществляется полупроводниковым лазером. В отличие от фиолетового светодиода, он дает когерентное излучение, вся мощность которого сосредоточена практически на одной длине волны.
Для фар дальнего света важнейшим моментом являются малые размеры источника излучения, тогда пучок света можно точно направить в нужное место. Размеры светодиодов ограничены снизу двумя факторами: ограничением на плотность тока и необходимостью обеспечить эффективное охлаждение кристалла. Вот почему светодиодные фары дальнего света до сих пор уступают своим аналогам на галогенных лампах. Хотя для фар ближнего света светодиоды однозначно предпочтительнее.
Полупроводниковый лазер допускает плотность тока в 1000 раз больше, чем светодиод из того же материала (GaN). Поэтому теоретически при той же мощности кристалл источника света можно сделать в 1000 раз меньше. Кроме этого, излучение лазера проще завести в световод, чем излучение светодиода. Поэтому излучающий кристалл можно разместить не с фаре, а в том месте, где обеспечивается наилучший теплоотвод, оттуда провести волоконный световод до фары. В фаре размещаются только люминофор и оптическая система.
Представленная на CES 2019 автомобильная фара «пробивает» на расстояние до 1 км. Создатели новинки утверждают, что раз законодательство США и Евросоюза не содержит прямого запрета на использование лазерных фар (как, впрочем, и законодательство России), то применять такие фары можно уже сейчас. На самом деле, прямого запрета тех же ксеноновых фар тоже нет, тем не менее, в большинстве стран мира, в том числе и в России, их использование ограничено, так как они обычно не соответствуют нормам по слепящему эффекту. И с этим как раз могут возникнуть проблемы. Пока что лазерные фары испытывались на практике только в качестве дополнительных на внедорожнике при путешествиях по безлюдной местности. Там их преимущества бесспорны, но будут ли они полезны в качестве штатных при поездках в густонаселенных городах — большой вопрос.
Две системы в одной упряжке
Системы накопления электроэнергии для использования днем дешевого электричества, запасаемого ночью, а также энергии от альтернативных источников, в массовом сознании прочно ассоциируются с литий-ионными аккумуляторами. Когда такие системы использовались отдельными энтузиастами, готовыми выложить за них круглую сумму, применение таких аккумуляторов считалось приемлемым решением. Но теперь, когда домашние системы накопления энергии и альтернативные источники стали обычным делом, встал вопрос о снижении их цены и недорогом апгрейде уже существующих систем. При этом падение цен на литий-ионные аккумуляторы замедлилось, так как запасы лития на Земле ограничены. А в будущем лития, возможно, просто не будет на всех хватать.
В то же время, хорошо известные свинцово-кислотные аккумуляторы за счет замены в них жидкого электролита на желеобразный (гелевый) уже не намного хуже литий-ионных, но стоят значительно дешевле и гораздо безопаснее в эксплуатации. Такие аккумуляторы называются гелевыми. Если нужно обеспечить большую емкость по низким ценам, есть смысл обратить внимание на гелевые аккумуляторы, которые подкупаются в дополнение к литий-ионным. Одна проблема — до недавнего времени работа аккумуляторов двух разных систем на единую нагрузку считалась невозможной.
Американская компания Goal Zero представила на CES 2019 приставку Yeti Link, предназначенную для выпускаемых ею накопителей Yeti Lithium Power Station модели 1000 и выше. Благодаря этой приставке можно увеличивать емкость накопителя путем добавления новых аккумуляторов. При этом одновременно могут добавляться как литий-ионные, так и гелевые аккумуляторы, и они параллельно работают на нагрузку.
Дойная корова
Дети из стран, где есть проблемы с электроснабжением, как правило, знают меньше, чем их сверстники, имеющие постоянный доступ к электроэнергии. Причина заключается в том, что при отсутствии искусственного освещения у школьников есть меньше времени на приготовление домашних заданий. Также у детей нет доступа к современным мобильным устройствам. Аналогичная ситуация складывается в условиях наличия электроэнергии, но по высоким ценам (например, если она вырабатывается дизель-генератором), которые недоступны для бедных семей. В итоге дети имеют неравные стартовые позиции на глобальном рынке труда.
На CES 2019 награду за инновации получило оригинальное решение от южнокорейской компании YOLK, позволяющее обеспечить электричеством африканских школьников и сделать это в форме занимательной игры. В школе устанавливается зарядная станция с расцветкой, как у коровы, которая получает электроэнергию от солнечных панелей. С собой в школу ученики приносят аккумуляторы, стилизованные под бутылки для молока. На время занятий они подключают «бутылки» к «корове» для зарядки. Потом, уходя из школы домой, несут с собой заряженные светильники. К этим аккумуляторам, снабженным USB-разъемами, можно подключить светильники, радиоприемники и мобильные устройства.
Лишний вес пустят на выработку электроэнергии
В спортзалах уже не редкость тренажеры, не требующие подключения к сети — необходимая для работы измерительных приборов электроэнергия вырабатывается за счет мускульной силы тренирующегося. В лучшем случае вырабатываемая энергия также идет на USB-порт для подзарядки мобильных устройств во время занятий. Теперь же сделан следующий шаг — тренажеры не только обеспечивают себе электричеством, но и отдают излишки электроэнергии в сеть.
На CES 2019 американской компанией SportsArt была представлена первая в мире беговая дорожка Verde G690, отдающая в сеть электроэнергию, вырабатываемую в результате тренировок. В этой механической беговой дорожке нет электромотора. В ней используются механизм с пониженным уровнем трения и электромеханическая тормозная система (дополненная механическим тормозом для безопасности), вырабатывающая электричество. Специальный запатентованный инвертор преобразует вырабатываемый постоянный ток в переменный с частотой сети и стабилизирует напряжение. Такая дорожка способна давать в сеть мощность от 50 до 200 Вт. Помимо указанной беговой дорожки, SportsArt начала выпуск целой серии тренажеров ECO-POWR Line, вырабатывающих электроэнергию для поставок ее в сеть.
Электросамолет — новый вид общественного транспорта
Пока на CES экспозицию телевизоров потеснили электромобили, на автосалоне в Детройте, также проходящем в январе, продемонстрировали… новый самолет с электроприводом. Разработала новинку компания AirSpaceX (не путать с компанией Илона Маска, имеющей похожее название). Называется электросамолет MOBi One. Новинка взлетает вертикально, подобно вертолету, но дальше уже летит в горизонтальном направлении, как самолет. Транспортное средство предполагается использовать в качестве аэротакси. Максимальная скорость составляет около 400 км/ч, дальность полета может достигать 100 км. На борт воздушное судно способно взять до 4 пассажиров. Уже начата процедура его сертификации, планируется, что к 2026 году в 50 городах США будут работать 2500 таких аэротакси.
При разработке MOBi One использовались технологии, ранее разработанные для военных беспилотников. Технические данные об электрических двигателях и аккумуляторах, примененных в летательном аппарате, пока не раcкрываются. Возможно использование аппарата как с пилотом на борту, так и в беспилотном режиме.
MOBi One является первым электрическим самолетом, предназначенным для коммерческих пассажирских авиаперевозок, который предполагается выпускать в больших количествах. Ранее было известно только об экспериментальных образцах электросамолетов.
Зарядная станция на водороде
По мере увеличения парка электромобилей, все более актуальной проблемой становится увеличение количества зарядок. Довольно много мест, где зарядка нужна, но нет возможности подвести большую мощность. К тому же, выработка электроэнергии альтернативными источниками (солнечные и ветряные электростанции) сильно зависит от времени суток и погоды, что требует резервных систем накопления энергии.
Британская компания AFC создала зарядную станцию для электромобилей CH2ARGE, в которой для выработки электроэнергии используются водородные топливные ячейки. При выработке энергии в такой ячейке происходит окисление водорода, в результате в качестве своеобразного отхода получается вода. Такая зарядная станция способна заряжать одновременно два электромобиля, в том числе и в режиме быстрой зарядки. CH2ARGE может использовать совместно энергию, вырабатываемую топливными элементами, и получаемую от сети. При этом топливные элементы включаются, когда потребляемая зарядной станцией электроэнергия превышает максимально допустимую мощность, которую способна дать сеть. Но возможно и полностью автономное функционирование зарядной станции, что позволяет устанавливать ее даже там, где нет никаких линий электропередач.
Водород вырабатывается, как правило, с помощью электричества. Таким образом, зарядка топливных элементов представляет собой один из способов накопления электроэнергии. Недостаток — на электрической «заправке» необходимо периодически забирать отработанные элементы и привозить новые. Тем не менее, при такой схеме электроснабжения не требуются большие инвестиции для прокладки мощных линий электропередач в малонаселенные районы.
