„Saulės hibridinė sistema“ viename įrenginyje sujungia fotovoltinius skydelius ir energijos kaupimo sistemą. Tačiau kuriant tokį įrenginį, reikia įveikti keletą pagrindinių iššūkių, kad sistema veiktų efektyviai. Vienas iš jų – saulės spinduliuotės poveikis, dėl kurio didėja skydelių temperatūra ir – kiek nelogiškai – 10–25 proc. mažėja fotovoltinių elementų efektyvumas. Kita problema – dabartinės energijos kaupimo technologijos – pavyzdžiui, akumuliatoriai – yra pagrįstos retomis ir netvariomis medžiagomis.
Tačiau Chalmerso technologijos universiteto (Švedija) ir Katalonijos Politechnikos universiteto (Ispanija) mokslininkai sukūrė naują hibridinį prietaisą, kuris išsprendžia abi šias problemas, maksimaliai išnaudoja saulės energiją ir pasiekia rekordinį energijos saugojimo efektyvumą.
Silicio pagrindu veikiančios fotovoltinės sistemos ne veltui tapo dominuojančia saulės energijos technologija. Silicio yra daug, o jo naudojimas fotovoltiniams moduliams gaminti yra ekonomiškai efektyvus, pritaikomas ir ekologiškas. Be to, silicio fotovoltinės sistemos labai efektyviai saulės šviesą paverčia elektros energija. Vis dėlto jos vis dar linkusios perkaisti – o tai lemia neefektyvumą.
Taigi, mokslininkai atsisakė tradicinio metodo, kai šiluminio sugėrėjo sluoksnis derinamas su fotovoltiniu elementu, ir sujungė silicio saulės elementą su naujoviška molekuline saulės šiluminės energijos kaupimo sistema, sutrumpintai vadinama MOST. Ši sistema dedama ant fotovoltinio elemento ir joje yra organinių molekulių, tekančių per mikroskysčių mikroschemą, kurios gali kaupti saulės šviesą kaip cheminę energiją fotoizomerizacijos proceso metu. Fotoizomerizacija yra įprasta fotoreakcija, kai organinė molekulė, veikiama šviesos, pakeičia savo struktūrą.
Fotonai yra maži šviesos paketai, atstovaujantys visam elektromagnetinės spinduliuotės spektrui. Fotonai sklinda bangomis – nuo mažos energijos radijo bangų iki energijos bangų, kurios sukuria regimąją šviesą, ir toliau iki didesnės energijos bangų – pavyzdžiui, ultravioletinės šviesos.
Kai MOST organinės molekulės apšvitinamos didelės energijos fotonais arba šviesos dalelėmis – pavyzdžiui, ultravioletiniais spinduliais – jose vyksta cheminė transformacija, kurios metu sukurtoji energija išsaugoma vėlesniam naudojimui. Be to, šios molekulės vėsina fotovoltinį elementą, veikdamos kaip optinis filtras, blokuojantis fotonus, dėl kurių elementas paprastai įkaista ir sumažėja efektyvumas. Tokiu būdu MOST sistema leidžia ir gaminti elektros energiją, ir kaupti cheminę energiją.
Mokslininkai išbandė naująjį prietaisą realiomis sąlygomis, rankiniu būdu orientuodami jį taip, kad jis būtų nukreiptas į saulę nuo 9.00 iki 15.00 val., kai temperatūra siekė apie 39 °C. Naujasis prietaisas pasiekė 2,3 proc. saulės energijos kaupimo efektyvumą – tai didžiausias iki šiol užfiksuotas molekulinės šiluminės saulės energijos kaupimo efektyvumas. Jis taip pat iki 8 °C sumažino fotovoltinių elementų temperatūrą, sumažindamas energijos nuostolius dėl šilumos ir 12,6 proc. padidindamas energijos konversijos efektyvumą. Bendras saulės energijos panaudojimas siekė iki 14,9 proc.
Tvarumo požiūriu MOST sistema ne tik padidina energijos vartojimo efektyvumą – kad sumažėtų priklausomybė nuo iškastinio kuro – bet ir vietoj retų (ir brangių) medžiagų, tokių kaip litis, kobaltas ir nikelis, kurios paprastai naudojamos akumuliatoriams gaminti, naudoja įprastus elementus – pavyzdžiui, anglį, vandenilį, deguonį ir azotą.
„Nepaisant to, kad dar galima optimizuoti, šis kūrinys yra reikšmingas žingsnis link ilgalaikės energijos kaupimo technologijos, kuri papildytų fotovoltines sistemas“, – teigia mokslininkai.
Įrodyta, kad MOST sistema gali veikti daugiau nei 1000 įkrovimo ir iškrovimo ciklų su minimalia degradacija – o tai reiškia, kad sistema galėtų nepertraukiamai veikti kelis mėnesius. Tyrėjai tikisi, kad jų hibridinis įrenginys padės patenkinti didėjantį švarios energijos ir efektyvaus saugojimo poreikį atsisakant iškastinio kuro.
Tyrimas paskelbtas žurnale „Joule“.
Parengta pagal „New Atlas“.
