Сотрудники Федерального исследовательского центра «Институт катализа им. П.Н. Скобелева СО РАН» совместно с китайскими учеными поддержке Российский научный фонд ведет разработку комплексной технологии, которая позволит эффективно охлаждать солнечные панели, извлекать воду из атмосферы и производить водород, используя композиционные адсорбенты.
Объем электроэнергии, генерируемой посредством фотоэлектрических преобразователей, демонстрирует устойчивый ежегодный рост, который особенно заметен в последнее время. В 2024 году глобальные показатели достиг составила 2000 тераватт-часов (что составляет 7% от общего объема выработанной энергии), а суммарная мощность солнечных электростанций к середине 2025 года увеличилась более чем на 60%.
Значительным вызовом при использовании фотоэлектрических панелей является их перегрев во время преобразования солнечной энергии, что приводит к снижению выработки электроэнергии и потенциальному выходу из строя. Для поддержания оптимальной температуры элементов применяются различные методы, такие как циркуляция воздуха, использование воды, специальных гелей и термоэлектрических систем. Специалисты из ФИЦ «Институт катализа СО РАН» разработали инновационную систему, которая не только обеспечивает отвод тепла от панелей, но и позволяет получать воду, что представляет особую ценность для регионов, страдающих от дефицита влаги, а также водород, пригодный для использования в качестве экологически чистого источника энергии.
Предлагаемая технология – это адсорбент, созданный на основе неорганической соли, расположенной в порах матрицы. В качестве матрицы могут быть использованы, например, ткани из активированного углеродного волокна, гидрогели или металл-органические каркасные полимеры. Нанесенный на обратную сторону солнечной панели, адсорбент ночью поглощает влагу из воздуха. Днем он нагревается от солнечной панели, влага испаряется, что обеспечивает охлаждение панели. Затем пар конденсируется, образуя воду, которую можно использовать для хозяйственных нужд или в качестве источника водорода.
«Технология адсорбционно-десорбционного охлаждения фотоэлектрических панелей позволяет не только эффективно удалять тепло от них, но и продуктивно использовать электроэнергию и тепловую энергию: вода поглощается из атмосферы в ночное время, затем испаряется, обеспечивая охлаждение панелей, и конденсируется — из нее возможно получение водорода. Проект реализуется в сотрудничестве с китайскими специалистами из Шанхайского университета Цзяотун и Городского университета Хачжоу. Наша задача — создание материала для поглощения воды из воздуха и отвода тепла от фотоэлектрических элементов, а их — разработка конструкции устройства и последующее получение водорода посредством электролиза собранной воды», — делится одна из разработчиц исследования, аспирантка первого года обучения, младший научный сотрудник Отдела нетрадиционных каталитических процессов и Центр компетенций в области Национальной технологической инициативы, посвященный водороду как ключевому элементу низкоуглеродной экономики» Анастасия Черпакова.
Для производства композитного адсорбента пористую углеродную ткань подвергают обработке солью, такой как нитрат лития, с последующей сушкой при температуре 160 °C. Разработанный в Иркутском научном центре Российской академии наук материал обладает свойством поглощать и высвобождать воду в узком температурном интервале от 25 до 50 °C. Это позволяет обеспечить эффективное охлаждение фотоэлектрических панелей, поскольку адсорбент извлекает воду в дневное время и регенерируется в ночное.
Специалисты намереваются создать адсорбенты, гарантирующие стабильную работу устройства в разных климатических зонах, включая области с высокой температурой и недостатком влаги, а также в более прохладных и влажных местах.
Разработка специалистов ИК СО РАН поддержана проектом Российского научного фонда № 25-43-00051.