Учените от германския институт „Фраунхофер“ за слънчеви енергийни системи съобщиха за поставянето на нов световен рекорд по ефективност на преобразуването на слънчева енергия във водород – 31,3%. Това означава, че почти 1/3 от цялата енергия от падащата слънчева светлина е била превърната директно в химична енергия на водорода, а това е сравнително лесен начин за получаване на това гориво.
Резултатът е получен на експериментална инсталация от типа фотоелектролиза, в която слънчевите елементи директно захранват електролизера, разлагащ водата на кислород и водород. Статията на учените е публикувана в списанието Communications Engineering и може да предизвика голям интерес в енергийната общност като важна стъпка към по-ефективното производство на „зелен“ водород.
Ключов елемент на инсталацията е разработената от института система за микроконцентрация на слънчевите лъчи върху миниатюрни фотоелементи на електролизерите (micro-CPV).Тя използва масив от миниатюрни лещи на Френел, които фокусират слънчевата светлина върху свръхефективни 4-преходни фотоелементи с площ от едва около 7 mm² всеки. Материалът на фотоелементите принадлежи към III–V групи от периодичната таблица на Менделеев. Такива многослойни полупроводникови структури са способни да абсорбират различни части от слънчевия спектър, като по ефективност значително превъзхождат традиционните силициеви панели. След това електрическата енергия се подава към два последователно свързани PEM-електролизера (с протонно-обменни мембрани), осигуряващи висока плътност на тока и бързо отделяне на водород дори при променлива слънчева осветеност.
Схема на системата
Особената стойност на постижението се състои в това, че рекордът е поставен в реални улични условия, а не в лаборатория при изкуствено осветление.
Системата е работила на открито без прекъсване в продължение на 107 часа, демонстрирайки способността си да функционира извън закрити помещения. По-рано подобни системи демонстрираха около 19,8% ефективност на открито, докато прагът от 30% беше достиган само при строго контролирани изпитания на стенд. Несмките изследователи са успели да съгласуват точно напрежението и тока на фотоелементите с характеристиките на електролизерите, като са минимизирали загубите при преобразуването на енергията. Прототипът има малка апертура – едва 64 cm², но именно такива компактни системи позволяват бързо тестване на архитектурата на бъдещите мащабируеми слънчево-водородни модули.
Въпреки рекорда, технологията все още е в етап на доказване на концепцията. Преди да се стигне до промишлено приложение, предстои да се решат задачите за понижаване на цената на многопреходните фотоелементи, повишаване на дълготрайността на лещите-концентратори и създаване на големи демонстрационни инсталации. Изследователите вече разглеждат вариант за комерсиализация чрез стартъпа Clearsun Energy, който може да се заеме с пускането на пазара на подобни слънчево-водородни модули. Ако цената на производството на водород успее да се намали до 3 долара за килограм и по-ниско, такива инсталации могат да се превърнат в перспективен източник на екологично чист водород за металургията, химическата промишленост и системите за съхранение на енергия в условията на глобалния преход към безвъглеродна икономика.