.jpg)
Ученые из Института солнечных энергетических систем Фраунгофера в Германии создали компактную солнечную установку, которая позволяет напрямую получать водород из солнечного света, минуя стадию выработки и передачи электричества между отдельными устройствами. В ходе экспериментов новая система преобразовала до 31,3% энергии солнечного излучения в химическую энергию водорода. Это означает, что почти треть энергии падающего солнечного света сразу запасается в химических связях, и такой показатель является одним из лучших для подобных технологий.
В основе этого метода лежит объединение процессов получения электричества и электролиза воды. В классической схеме сначала солнечные панели вырабатывают электричество, которое затем подается на электролизер для разложения воды на водород и кислород. Здесь же солнечные элементы напрямую подключены к электролизной ячейке, что позволяет избежать потерь энергии на преобразование и передачу.
Чтобы реализовать такой подход, ученые использовали концентраторную оптику и солнечные элементы с высокой эффективностью. Матрица из линз Френеля общей площадью 64 см2 усиливала поток солнечного света примерно в 226 раз и направляла его на небольшие, но мощные солнечные элементы. В установке были применены четырехпереходные элементы, состоящие из нескольких слоев полупроводников, каждый из которых поглощает свою часть солнечного спектра. Это позволило получить высокое напряжение, достаточное для запуска реакции расщепления воды без дополнительных преобразователей.
В системе также было предусмотрено использование выделяющегося тепла. Солнечные элементы и электролизер были закреплены на общей медной пластине, которая одновременно отводила тепло и подогревала воду. В результате температура на входе достигала около 60 oC, что снижало потери при электролизе и повышало общую эффективность установки.
Испытания проводились на открытом воздухе во Фрайбурге. За 13 дней удалось выполнить более 13 тысяч измерений, и система стабильно работала в реальных условиях с изменяющейся солнечной радиацией и температурой. Эффективность колебалась от 25% до 31,3%. При снижении интенсивности солнечного излучения выработка водорода уменьшалась пропорционально.
В регионах с высоким уровнем прямого солнечного излучения такие системы могут обеспечить конкурентную стоимость "зеленого" водорода около 3 долларов за килограмм, что соответствует нижней границе прогнозов Международного энергетического агентства. При этом установка не требует сложной силовой электроники и способна работать автономно, что делает ее особенно перспективной для удаленных территорий.
