QAZAQ GREEN.  Инновационное гибридное солнечное устройство, сочетающее в себе фотоэлектрическую панель и накопитель энергии, достигло рекордного для такого устройства уровня эффективности хранения энергии. При этом, в отличие от обычных батарей, молекулярный солнечный тепловой накопитель энергии (MOST) не использует дефицитные материалы, cообщает New Atlas.

Солнечная гибридная система» объединяет в одном устройстве фотоэлектрические панели (ФЭП) и систему хранения энергии. Однако разработка такого устройства требует преодоления нескольких ключевых проблем, чтобы обеспечить эффективную работу системы. Одна из них - воздействие солнечной радиации, которая вызывает повышение температуры панелей и, как это ни странно, приводит к снижению эффективности фотоэлементов на 10-25 %. Другая проблема заключается в том, что существующие технологии хранения энергии, такие как аккумуляторы, основаны на дефицитных и неэкологичных материалах.

Однако исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) и Политехнического университета Каталонии (Барселона) разработали новое гибридное устройство, которое решает обе эти проблемы, обеспечивая максимальное использование солнечной энергии и достигая рекордной эффективности хранения энергии.

Фотоэлектрические системы на основе кремния стали доминирующей технологией солнечной энергетики не случайно. Кремния много, и его использование для производства фотоэлектрических модулей является экономически эффективным, масштабируемым и экологически устойчивым. Фотоэлектрические системы на основе кремния также высокоэффективны при преобразовании солнечного света в электричество. Тем не менее, они все еще склонны к перегреву, что приводит к снижению эффективности.

Поэтому исследователи отошли от традиционного метода сочетания теплового поглощающего слоя с фотоэлементом и объединили кремниевый солнечный элемент с инновационной молекулярной системой хранения солнечной тепловой энергии, сокращенно MOST. Система размещается поверх фотоэлемента и содержит органические молекулы, проходящие через микрофлюидный чип, которые могут накапливать солнечный свет в виде химической энергии посредством процесса фотоизомеризации. Фотоизомеризация - это распространенная фотореакция, при которой органическая молекула меняет свою структуру под воздействием света.

Возвращаясь к основам физики, фотоны - это крошечные пакеты света, представляющие весь спектр электромагнитного излучения. Фотоны движутся волнообразно, от низкоэнергетических радиоволн до энергетических волн, создающих видимый свет, и далее к более высокоэнергетическим волнам, таким как ультрафиолетовое излучение.

Когда органические молекулы MOST облучаются высокоэнергетическими фотонами, или световыми частицами, такими как ультрафиолетовый свет, они претерпевают химическую трансформацию, сохраняя полученную энергию для последующего использования. Кроме того, эти молекулы охлаждают фотоэлектрический элемент, действуя как оптический фильтр, блокирующий фотоны, которые обычно вызывают нагрев элемента и снижают его эффективность. Таким образом, система MOST позволяет одновременно вырабатывать электричество и накапливать химическую энергию.

Исследователи протестировали новое устройство в реальных условиях, вручную ориентируя его лицом к солнцу с 9 до 15 часов в осенний ноябрьский день в Барселоне в 2022 году, когда температура достигала 39 °C (102 °F). Новое устройство достигло эффективности хранения солнечной энергии в 2,3 %, что является самым высоким показателем эффективности молекулярной тепловой солнечной энергии на сегодняшний день. Оно также позволило снизить температуру фотоэлемента на 8 °C (14 °F), сократив потери энергии из-за нагрева и увеличив эффективность преобразования энергии на 12,6 %. Общее использование солнечной энергии достигло 14,9 %.

С точки зрения экологичности, система MOST не только повышает энергоэффективность и снижает зависимость от ископаемого топлива, но и использует такие распространенные элементы, как углерод, водород, кислород и азот, вместо дефицитных (и дорогих) материалов, таких как литий, кобальт и никель, которые обычно используются для производства батарей.

«Несмотря на потенциал дальнейшей оптимизации, данная разработка является значительным шагом на пути к технологии длительного хранения энергии, которая дополнит фотоэлектрические системы», - говорят исследователи.

Было доказано, что система MOST способна проработать более 1000 циклов заряда/разряда с минимальными деградационными изменениями, что означает возможность ее непрерывной работы в течение нескольких месяцев. Исследователи надеются, что их гибридное устройство позволит удовлетворить растущую потребность в чистой энергии и эффективных накопителях по мере перехода от ископаемого топлива.