QAZAQ GREEN.  Фотоэлектрлік панель мен энергияны сақтауды біріктіретін инновациялық гибридті күн құрылғысы мұндай құрылғы үшін энергияны сақтау тиімділігінің рекордтық деңгейіне жетті. Бұл ретте кәдімгі батареялардан айырмашылығы, молекулалық күн жылу энергиясын сақтау құрылғысы (MOST) тапшы материалдарды пайдаланбайды, деп хабарлайды New Atlas.

Күн гибридті жүйесі бір құрылғыда фотоэлектрлік панельдерді (FEP) және энергияны сақтау жүйесін біріктіреді. Алайда, мұндай құрылғыны әзірлеу жүйенің тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін бірнеше негізгі қиындықтарды жеңуді талап етеді. Олардың бірі - күн радиациясының әсері, бұл панельдердің температурасының жоғарылауына әкеледі және таңқаларлықтай, фотоэлементтердің тиімділігі 10-25% төмендейді. Тағы бір проблема, аккумуляторлар сияқты энергияны сақтаудың қолданыстағы технологиялары тапшы және экологиялық таза емес материалдарға негізделген.

Дегенмен, Чалмерс технологиялық университетінің (Швеция) және Каталония политехникалық университетінің (Барселона) зерттеушілері күн энергиясын барынша пайдалануды қамтамасыз ету және энергияны сақтаудың рекордтық тиімділігіне қол жеткізу арқылы осы екі проблеманы шешетін жаңа гибридті құрылғыны әзірледі.

Кремний негізіндегі фотоэлектрлік жүйелер күн энергиясының басым технологиясына айналды. Кремний көп және оны фотоэлектрлік модульдерді өндіру үшін пайдалану үнемді, масштабталатын және экологиялық тұрақты. Кремний негізіндегі фотоэлектрлік жүйелер күн сәулесін электр энергиясына айналдыруда да жоғары тиімділікке ие. Дегенмен, олар әлі де қызып кетуге бейім, бұл тиімділіктің төмендеуіне әкеледі.

Сондықтан зерттеушілер жылуды сіңіретін қабатты фотоэлементпен біріктірудің дәстүрлі әдісінен алшақтап, кремний күн батареясын күн жылу энергиясын сақтаудың инновациялық молекулалық жүйесімен біріктірді, қысқаша MOST. Жүйе фотоэлементтің үстіне орналастырылған және құрамында микрофлюидті чип арқылы өтетін органикалық молекулалар бар, олар фотоизомерлеу процесі арқылы күн сәулесін химиялық энергия ретінде сақтай алады. Фотоизомерлеу - бұл органикалық молекула жарықтың әсерінен құрылымын өзгертетін кең таралған фотореакция.

Физика негіздеріне оралсақ, фотондар - бұл электрмагниттік сәулеленудің барлық спектрін білдіретін кішкентай жарық пакеттері. Фотондар төмен энергиялы радиотолқындардан көрінетін жарық тудыратын энергетикалық толқындарға дейін және ультракүлгін сәулелену сияқты жоғары энергиялы толқындарға дейін толқын түрінде қозғалады.

Органикалық MOST молекулалары жоғары энергиялы фотондармен немесе ультракүлгін сәуле сияқты жарық бөлшектерімен сәулеленгенде, олар алынған энергияны кейінірек пайдалану үшін сақтай отырып, химиялық трансформациядан өтеді. Бұған қоса, бұл молекулалар фотоэлектрлік элементті салқындатады, әдетте элементтің қызуын тудыратын және оның тиімділігін төмендететін фотондарды бұғаттайтын оптикалық сүзгі қызметін атқарады. Осылайша, MOST жүйесі бір уақытта электр энергиясын өндіруге және химиялық энергияны сақтауға мүмкіндік береді.

Зерттеушілер жаңа құрылғыны нақты әлемде сынап көрді, оны 2022 жылы Барселонада күзгі қараша күні сағат 9-дан 15-ке дейін, температура 39 °C (102 °F) жеткенде қолмен күнге бағыттады. Жаңа құрылғы күн энергиясын 2,3 % сақтау тиімділігіне жетті, бұл - бүгінгі күнге дейін молекулалық жылу күн энергиясының тиімділігінің ең жоғары көрсеткіші. Ол сондай-ақ фотоэлементтің температурасын 8 °C (14 °F) төмендетуге мүмкіндік берді, жылудың әсерінен энергия шығынын азайтты және энергияны түрлендіру тиімділігін 12,6% арттырды. Күн энергиясын жалпы пайдалану 14,9%-ға жетті.

Тұрақтылық тұрғысынан MOST жүйесі энергия тиімділігін арттырып, қазба отынына тәуелділікті азайтып қана қоймайды, сонымен қатар әдетте батареяларды өндіру үшін қолданылатын литий, кобальт және никель сияқты тапшы (және қымбат) материалдардың орнына көміртегі, сутегі, оттегі және азот сияқты жалпы элементтерді пайдаланады.

«Әрі қарай оңтайландыру мүмкіндігіне қарамастан, бұл әзірлеме фотоэлектрлік жүйелерді толықтыратын ұзақ мерзімді энергияны сақтау технологиясына маңызды қадам болып табылады», - дейді зерттеушілер.

MOST жүйесі ең аз деградациялық өзгерістермен 1000-нан астам заряд/разряд циклін басқара алатындығы дәлелденді, бұл оның бірнеше ай бойы үздіксіз жұмыс істеу мүмкіндігін білдіреді. Зерттеушілер олардың гибридті құрылғысы қазба отынынан ауысқан сайын таза энергия мен тиімді сақтау қоймаларына деген өсіп келе жатқан қажеттілікті қанағаттандырады деп үміттенеді.