Ученые смогли создать конструкцию, объединяющую функции солнечной батареи и аккумулятора.
Схема экспериментальной установки. Слой «молекулярного хранилища» (MSM) отделен от локализованного вещества с фазовым переходом (L-PCM) слоем аэрогеля / © Kashyap, Sakunkaewkasem, Jafari et al., Joule, 2019
Вопреки своему названию, солнечные батареи не запасают энергию, полученную от солнца. С помощью фотоэлектрической технологии они напрямую производят электричество. Новая технология, предложенная исследователями из Университета Хьюстона, улавливает тепло от солнца и сохраняет его в виде тепловой энергии. Это позволит решить такие проблемы солнечной энергетики, как невозможность круглосуточного использования прямой солнечной энергии, ограниченные часы солнечного света, пасмурные дни. Статья о технологии опубликована в издании Joule.
Новый «гибрид» состоит из «молекулярного хранилища» и локализованного материала с фазовым переходом. Они разделены аэрогелем на основе диоксида кремния для поддержания необходимой разницы температур. Прибор позволяет накапливать как энергию в молекулярной форме, так и скрытую теплоту (тепло, выделяемое или поглощаемое в процессе фазового перехода при постоянной температуре). Такое устройство сбора и хранения в перспективе позволит получить источник бесперебойной энергии для работы в режиме 24/7.
Ученые добились эффективности поглощения в пределах 73-90%, в зависимости от масштабов установки. До 80% энергии, которая хранилась в устройстве в темное время суток, удалось выделить обратно; для светлого времени этот процент был еще выше. По словам ученых, такая эффективность связана со способностью прибора поглощать весь спектр солнечного света.
В качестве «молекулярного хранилища» использован норборнадиен-квадрициклан — комбинация двух изомеров полициклических углеводов, которые переходят из одной формы во вторую при поглощении солнечного света. Это вещество, по словам ученых, обладает высокой удельной энергией и хорошо выделяет тепло, к тому же способно оставаться стабильным в течение длительного периода хранения энергии.
Устройство обеспечивает повышенную эффективность несколькими способами: солнечная энергия сохраняется в молекулярной форме, а не в виде тепла, поэтому со временем не рассеивается. А поскольку накопленная энергия хранится там же, где собирается, это избавляет от потерь, связанных с транспортировкой.
Особенно полезным кажется свойство нового устройства, которое позволяет работать с энергией в темное время суток, при слабом или вовсе отсутствующем солнечном излучении. Полученная ранее энергия собирается норборнадиен-квадрицикланом, который переходит в форму с более высокой энергией. Это дает устройству возможность производить тепловую энергию ночью даже эффективнее, чем днем, отмечает автор статьи доктор Т. Рэндалл Ли.
Ранее ученые из США создали «наноподсолнухи» для лучшего поглощения солнечного света, а их коллеги из Сколково разработали высокоэффективный прозрачный гибкий проводник.
