Учёные СО РАН создают систему охлаждения солнечных панелей с одновременной выработкой воды и водорода
В этой связи специалисты Федерального исследовательского центра «Институт катализа СО РАН» в тесном сотрудничестве с исследователями из Шанхайского университета Цзяотун и Городского университета Ханчжоу разрабатывают уникальную комбинированную технологию. Эта технология объединяет в себе три важнейших процесса: охлаждение солнечных панелей, извлечение воды из атмосферного воздуха и производство водорода.
Данная работа реализуется при финансовой поддержке Российского научного фонда и базируется на применении инновационных композиционных адсорбентов. Эти материалы обладают способностью одновременно выполнять несколько критически важных функций, что значительно повышает эффективность эксплуатации солнечных энергетических установок. Охлаждение панелей позволяет снизить их рабочую температуру, что увеличивает КПД и продлевает срок службы оборудования. Извлечение воды из атмосферы открывает новые возможности для получения пресной воды в регионах с ограниченными водными ресурсами. Производство водорода, в свою очередь, способствует развитию экологически чистых видов топлива и снижению зависимости от ископаемых энергоносителей.Таким образом, внедрение данной комплексной технологии способно значительно повысить экологическую и экономическую эффективность солнечной энергетики. Это не только способствует развитию возобновляемых источников энергии, но и помогает решать важные социальные задачи, связанные с водоснабжением и энергетической безопасностью. В перспективе такие инновации могут стать ключевыми элементами устойчивой энергетической инфраструктуры будущего.В последние годы солнечная энергетика демонстрирует впечатляющие темпы развития, становясь одним из ключевых направлений в глобальном переходе к возобновляемым источникам энергии. По данным исследователей, мировое производство электроэнергии с помощью фотоэлектрических элементов продолжает стремительно расти, что отражает растущую роль солнечных технологий в энергетическом балансе планеты. В 2024 году объём выработки достиг рекордных 2000 ТВт·ч, что составляет примерно 7% от общего мирового потребления электроэнергии. Этот показатель свидетельствует о значительном вкладе солнечной энергетики в сокращение зависимости от ископаемых источников и снижении углеродного следа.При этом мощность установленных солнечных панелей в первой половине 2025 года увеличилась более чем на 60%, что подчёркивает стремительный рост отрасли и растущий спрос на экологически чистую энергию. Однако с увеличением масштабов внедрения фотоэлектрических систем становится всё более актуальной задача повышения их эффективности и долговечности. Одним из ключевых ограничивающих факторов в работе фотоэлектрических модулей остаётся перегрев, который существенно снижает производительность и сокращает срок службы оборудования.Перегрев негативно влияет на характеристики полупроводниковых материалов, из которых изготовлены солнечные элементы, приводя к снижению коэффициента преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. В связи с этим современные исследования активно направлены на разработку новых материалов и технологий охлаждения, которые позволят минимизировать тепловые потери и обеспечить стабильную работу панелей в различных климатических условиях. Повышение термостойкости и внедрение инновационных систем теплоотвода станут ключевыми факторами для дальнейшего роста эффективности солнечных электростанций и их интеграции в энергосистемы будущего.Таким образом, несмотря на значительные успехи в развитии фотоэлектрической генерации, перед отраслью стоит задача оптимизации технических характеристик и повышения надёжности оборудования. Решение этих вопросов позволит не только увеличить долю солнечной энергии в мировом энергетическом балансе, но и обеспечить устойчивое и экологически безопасное энергоснабжение для будущих поколений.Эффективность и срок службы многих устройств значительно снижаются при повышении температуры, что представляет собой серьёзную проблему в различных отраслях промышленности и энергетики. Особенно остро этот вопрос стоит в регионах с жарким климатом и ограниченными ресурсами, где традиционные методы охлаждения оказываются недостаточно эффективными или слишком затратными. Существующие способы охлаждения, такие как воздушная и водяная циркуляция, применение гелей или термоэлектрических систем, требуют дополнительных энергозатрат и ресурсов, что не всегда возможно и экономически оправдано.В ответ на эти вызовы учёные ФИЦ «Институт катализа СО РАН» разработали инновационную технологию, основанную на использовании специального композиционного адсорбента. Этот материал представляет собой уникальную комбинацию неорганической соли, внедрённой в пористую матрицу, которая может быть выполнена из активированного углеродного волокна, гидрогелей или металл-органических каркасных структур. Такая структура обеспечивает эффективное поглощение и рассеивание тепла без необходимости значительных энергозатрат, что делает технологию особенно перспективной для применения в условиях ограниченного доступа к воде и электроэнергии.Кроме того, новый адсорбент отличается высокой стабильностью и долговечностью, что способствует увеличению срока службы оборудования и снижению эксплуатационных расходов. Внедрение данной технологии может значительно повысить энергоэффективность систем охлаждения, снизить нагрузку на окружающую среду и открыть новые возможности для развития технологий в экстремальных климатических условиях. Таким образом, инновационный подход, предложенный учёными, представляет собой важный шаг вперёд в решении проблемы терморегуляции и может стать основой для создания более устойчивых и экономичных систем охлаждения в будущем.Современные технологии стремятся не только повысить эффективность солнечных панелей, но и расширить их функциональные возможности, включая использование побочных процессов для получения дополнительных ресурсов. Один из перспективных подходов заключается в нанесении специального адсорбента на обратную сторону солнечной панели. Этот материал в ночное время активно поглощает влагу из воздуха, аккумулируя её в своей структуре. С наступлением дня, под воздействием тепла, выделяемого самой панелью, адсорбент нагревается и начинает испарять накопленную воду в виде пара. Такой процесс испарения способствует эффективному охлаждению солнечной панели, что положительно сказывается на её производительности и долговечности. После охлаждения пар конденсируется, превращаясь в жидкую воду, которую можно использовать для различных бытовых нужд или же направлять на производство водорода посредством электролиза. Анастасия Черпакова, аспирантка первого года обучения и младший научный сотрудник Отдела нетрадиционных каталитических процессов, подчеркнула, что данная инновационная схема позволяет рационально использовать не только электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями, но и тепловую энергию, которая неизбежно образуется в процессе их работы. Такой комплексный подход способствует повышению общей эффективности системы и открывает новые возможности для интеграции солнечной энергетики в устойчивое развитие и экологически чистое производство. Внедрение подобных технологий может значительно сократить потребление традиционных ресурсов и стимулировать развитие водородной энергетики, что особенно актуально в условиях глобального перехода к возобновляемым источникам энергии.В рамках международного сотрудничества учёные Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) и их китайские коллеги объединяют усилия для создания инновационной технологии получения водорода. Российские специалисты сосредоточены на разработке новых материалов и оптимизации условий адсорбции и десорбции, что является ключевым этапом в повышении эффективности всего процесса. В то же время китайские партнёры занимаются проектированием конструкции устройства и разработкой комплексной системы для генерации водорода.Особое внимание уделяется уникальному адсорбенту, который функционирует в узком температурном диапазоне от 25 до 50°C. Именно в этих условиях происходит эффективное поглощение и последующее выделение влаги. Такой температурный режим позволяет обеспечить максимальную эффективность охлаждения в реальных эксплуатационных условиях. По словам исследователей, в ночное время материал регенерируется, впитывая влагу из окружающей среды, а днём, благодаря процессу испарения, выделяет её, что способствует стабилизации температуры панели и улучшению её работы.Данная технология имеет большое значение для развития экологически чистых и энергоэффективных систем, поскольку позволяет не только оптимизировать процесс получения водорода, но и улучшить тепловой режим оборудования. В перспективе это может привести к созданию более надёжных и экономичных устройств, способных работать в различных климатических условиях, что открывает новые возможности для промышленного применения и внедрения возобновляемых источников энергии.Разработка эффективных адсорбентов является одной из приоритетных задач современной науки, особенно в условиях меняющегося климата и разнообразия природных условий по всему миру. В настоящее время учёные сосредоточены на создании новых типов адсорбентов, которые смогут эффективно функционировать в самых различных климатических зонах — от жарких и засушливых регионов до областей с высокой влажностью и более низкими температурами. Такой подход позволит значительно расширить возможности применения адсорбентов в промышленности, экологии и медицине, учитывая особенности окружающей среды. Проект по разработке этих инновационных материалов реализуется при поддержке Российского научного фонда, грант под номером 25-43-00051, что подчеркивает важность и актуальность исследований в данной области. В дальнейшем ожидается, что созданные адсорбенты помогут повысить эффективность очистки воздуха и воды, а также улучшат процессы хранения и транспортировки различных веществ в различных климатических условиях.Источник и фото - nia.eco
