Создан эффективный гибрид солнечной панели и проточной батареи

Инженеры из США и Саудовской Аравии создали устройство, объединяющее в себе солнечную панель и проточную батарею, и имеющее более высокую эффективность, чем предыдущие подобные разработки. После зарядки батарея способна отдать 14,1 процента энергии, попавшей на солнечную панель, рассказывают разработчики в журнале Chem.

Один из основных недостатков солнечной, ветряной и другой альтернативной энергетики заключается в том, что выработка энергии такими способами непостоянна и зависит от природных факторов. К примеру, солнечные панели способны вырабатывать достаточно много энергии только в светлое время суток, причем эффективность работы солнечной электростанции зависит от облачности. Из-за этого солнечные батареи необходимо подключать либо к общей электросети, либо к аккумуляторам, запасающим энергию днем и высвобождающим ее ночью.

В качестве аккумуляторов некоторые инженеры предлагают использовать не традиционные литий-ионные или их аналоги, а проточные батареи, которые состоят из двух резервуаров с отрицательным и положительным электролитами, которые разделены ионопроницаемой мембраной. Такие батареи имеют несколько преимуществ, в том числе больший срок работы и более простое масштабирование для использования вместе с большим количеством солнечных панелей. Кроме того, поскольку электрохимические процессы в таких батареях происходят только в небольшой области, отделенной от баков с электролитами, их можно считать более безопасными и в случае неисправности поток электролита можно быстро перекрыть и не допустить неконтролируемого высвобождения большого количества энергии.

Уже существуют прототипы устройств, в которых солнечная панель объединена с проточной батареей, но в них от попадания света на панель до отдачи электричества из проточной батареи происходят существенные потери, из-за чего их общая эффективность невысока. Группа инженеров под руководством Суна Цзиня (Song Jin) из Висконсинского университета в Мадисоне создали более эффективное устройство, способное выдавать от проточной батареи 14,1 процента энергии, попавшей на солнечную панель. Устройство состоит из нескольких основных частей. В его верхней части располагается солнечная панель, а под ней располагается активная зона проточной батареи, состоящая из двух резервуаров, разделенных анионопроницаемой мембраной. Кроме того, ко всем элементам устройства присоединен блок для управления, позволяющий переключать режимы и управлять работой устройства.

Во время работы оба электролита циркулируют по трубкам благодаря помпам. Принцип работы устройства основан на том, что в электролитах используется пара веществ, способных менять заряд. В зависимости от того, какие электроды используются в конкретный момент, в устройстве происходят различные электрохимические процессы, связанные с восстановлением или окислением одного или обоих веществ.

Тесты показали, что батарея способна создавать напряжение 1,25 вольта, а коэффициент полезного действия солнечной панели составляет 26.1 процента. Кроме того, разработчики проверили общую эффективность устройства, зарядив его с помощью солнечной панели, а затем измерив характеристики проточной батареи. Средняя эффективность преобразования на протяжении десяти циклов оказалась равной 14,1 процента, что является лучшим показателем среди аналогичных устройств.

В 2016 году швейцарские инженеры создали солнечно-водородную систему с похожей общей эффективностью, равной 14,2 процента. Она состоит из солнечной панели, а также емкости с водой и мембраны, разделяющей водород и кислород, получаемые с помощью электролиза днем, и используемые для выработки энергии ночью.