Солнечные панели – экологичные источники энергии, однако производство электричества ими резко падает в пасмурные дни или во время дождя, что уже начинает ограничивать распространение солнечной энергии в Европе.
Поскольку солнечная энергия становится более доступной, а количество установок постоянно растет, также возникает и потребность в батареях, которые могут хранить энергию для 24-часового использования.
Поэтому исследователи постоянно ищут способы сделать этот процесс лучше и лучше.
Недавно ученые из Висконсинского университета в Мадисоне сообщили о разработанном ими новом устройстве, которое объединяет солнечные элементы и жидкие батареи в одно устройство, которое они назвали «батареей солнечного потока» (SFB).
Такое объединение двух процессов и использование солнечного света для непосредственной зарядки батареи должно быть более простым, более эффективным, компактным и экономичным подходом к использованию солнечной энергии, считает Сон Цзинь, профессор химии.
Исследователи уже соединяли солнечные элементы с перезаряжаемыми батареями, соединив светопоглощающий полупроводниковый электрод с электродом батареи.
Но 14,1% эффективность нового устройства гораздо выше, чем у устройств, изготовленных ранее.
Существует несколько способов использовать энергию солнца: преобразовать ее в электричество с помощью фотоэлектрических элементов; использовать его тепло для производства пара для вращения турбин; и использование солнечного света, воды и углекислого газа для непосредственного производства жидкого топлива.
Солнечный свет также можно хранить как химическую энергию, используя его для зарядки химикатов в жидком электролите. Это принцип, который ученые использовали для гибридных батарей солнечного потока.
Батареи потока хранят энергию в резервуарах с раствором электролита. Электролитами, называемыми анолитом и католитом, служат электроды. Ионы движутся между электролитами во время заряда и разряда.
Чтобы сделать батарею солнечного потока, исследователи поместили высокоэффективный солнечный элемент поверх тонкой реакционной камеры, в которой содержатся анолит и католит, разделенные тонкой мембраной. Камера также соединена с небольшим резервуаром для анолита и католита и зажата между двумя углеродными электродами.
Блок управления, подключенный к солнечному элементу и двум углеродным электродам, позволяет исследователям переключать устройство в один из трех режимов.
В режиме батареи два углеродных электрода подключены, и устройство работает как обычная аккумуляторная батарея с электродами, заряжающими и разряжающими химикаты в электролитах.
В режиме солнечных батарей солнечный элемент соединен с углеродным электродом сверху реакционной камеры, поэтому камера не находится на заглавном фото.
В режиме солнечной перезарядки солнечный элемент подключается к нижнему углеродному электроду. Напряжение, создаваемое в солнечном элементе, вызывает перестановку электронов, которые создают ионы в электролитах, заряжая батарею.
При этом существует возможность для усовершенствования устройства. Высокоэффективный солнечный элемент, изготовленный из дорогостоящих полупроводников III-V, таких как арсенид индия галлия, является дорогостоящим. Но напряжение в элементе не полностью соответствует напряжению батареи, что ухудшает эффективность. Используя более рентабельные полупроводники, улучшая химию и улучшая дизайн устройства, эффективность будет повышаться, а стоимость — снижаться.
Прогнозируется, что стоимость интегральных устройств для солнечных батарей в конечном итоге будет ниже, чем у обычных солнечных фотогальванических устройств, а также батареи с окислительно-восстановительным потоком.
В конечном итоге, эффективность SFB может достичь 25% с использованием новых материалов и новых конструкций солнечных элементов. Тогда они могут стать доступными на рынке.