Нова технологія зберігання сонячної енергії

ПРИВІТ МИ З УКРАЇНИ!

За багатьма дослідженнями встановлено, — щодня на Землю потрапляє достатня кількість сонячної енергії, щоб забезпечити енергетичні потреби всього людства більше ніж на рік. Це безкоштовно — все, що нам потрібно зробити, це зібрати його.
Багато років тому сонячні батареї могли перетворювати в електрику лише менше 2 відсотків сонячного світла. Сьогодні верхня межа для більшості комерційних сонячних панелей у десять разів більша. Тож, дійсно, ми можемо збирати сонячну енергію, але в наступні часи потрібні кращі нові технологічні способи зберігання енергії, яку ми отримуємо від сонця, щоб її можна було використовувати пізніше.

Більшість електроенергії виробляється за допомогою пари, яка обертає величезні генератори. Пара може надходити від тепла, утвореного спалюванням вугілля чи метану, або ядерного поділу. У традиційній електричній мережі кількість електроенергії можна змінювати для задоволення попиту шляхом включення або вимикання генераторів, але вихідна потужність цих генераторів рідко коливається.
Виробництво від сонячних панелей і вітряних турбін постійно змінюється, і ця мінливість є основною проблемою для того, щоб покладатися виключно на відновлювані джерела енергії (ВДЕ). Щось потрібно, щоб поглинати надлишок електроенергії, поки вона не знадобиться.

У більшості випадків це літій-іонний акумулятор. Вони добре працюють протягом двох-чотирьох годин, але для більш тривалого зберігання потрібні інші стратегії. Насосна гідросистема працює добре, але потребує багато місця та може бути досить дорогою. Укладання та розкладання масивних бетонних блоків також може бути ефективним способом перетворення кінетичної енергії в потенціальну.

Читайте також: Бетонний маховик — акумулятор сонячної енергії

Дослідники з Університету Йоганна Гутенберга Майнца (JGU) і Університету Зігена в Німеччині розробили новий спосіб зберігання сонячної енергії протягом тижнів або навіть місяців. Замість того щоб використовувати сонячне світло для створення електрики, вони використовують його для зберігання тепла в хімічних зв’язках у спеціалізованих молекулах, відомих як фотоперемикачі. Діючим фактором тут є те, що близько 50 відсотків усієї енергії, споживаної людським суспільством, є у формі тепла. Воно зігріває наші будівлі, а також постачає технологічне тепло, яке є життєво важливим для багатьох промислових процесів.

За даними Міжнародного енергетичного агентства, приблизно 50 відсотків глобального кінцевого споживання енергії витрачається на опалення , але використання сонячної енергії в цьому секторі залишається відносно низьким порівняно з викопними джерелами енергії. Внутрішньою проблемою, що обмежує широке використання сонячної енергії, є її безпосередня доступність, але тепер з’явилося багатообіцяюче нове рішення у вигляді молекулярних систем зберігання сонячної енергії.

Звичайні стратегії зберігання теплової енергії зберігають енергію протягом короткого періоду часу, часто у формі гарячої води. Навпаки, молекулярні системи зберігання сонячної енергії зберігають сонячну енергію у формі хімічних зв’язків, що дозволяє їй зберігатися протягом кількох тижнів або навіть місяців. Ці спеціалізовані молекули — або фотоперемикачі — поглинають сонячну енергію та виділяють її пізніше як тепло за потреби. Ключовою проблемою для сучасних фотоперемикачів є компроміс між ємністю зберігання енергії та ефективним поглинанням сонячного світла. Цей конфлікт призвів до обмеження загальної продуктивності. Щоб подолати цю проблему, дослідницькі групи в JGU і Університеті Зігена представляють новий підхід у спільному дослідженні.

Відокремлення поглинання та зберігання сонячної енергії
Перетворення сонячної енергії на тепло.
Авторство: Till Zähringer / JGU

Новий клас фотоперемикачів був вперше представлений групою дослідників під керівництвом професора Хейко Іхмелса з Університету Зігена, який успішно продемонстрував винятковий потенціал зберігання енергії, який можна порівняти зі звичайними літій-іонними батареями. Однак спочатку їхня функціональність була обмежена активацією ультрафіолетовим світлом, яке становить лише невелику частину сонячного спектру. Потім дослідницькі групи в Майнці та Зігені розробили метод непрямого збору світла, який можна порівняти з функцією комплексу збору світла у фотосинтезі. Він включає в себе другу сполуку, так званий сенсибілізатор, який демонструє чудові властивості поглинання видимого світла.
«У цьому підході сенсибілізатор поглинає світло і згодом передає енергію на фотоперемикач, який не може бути збуджений безпосередньо за цих умов», — пояснив професор Крістоф Керціг з факультету хімії JGU.

Ця нова стратегія підвищила ефективність зберігання сонячної енергії більш ніж на один порядок, що стало великим кроком вперед для спільноти дослідників перетворення енергії. Потенційне застосування цих систем включає рішення для домашнього опалення та великомасштабне накопичення енергії, що робить можливим багатообіцяючий шлях до сталого управління енергією.
Команда дослідників із Майнца провела детальний спектроскопічний аналіз, щоб дослідити складну систему. Ці аналізи були важливими для розуміння основного механізму. Кожен крок реакції був ретельно досліджений до повного розуміння того, як працює система. «Таким чином ми змогли не тільки значно збільшити межу збору світла, але й покращити ефективність перетворення світла в накопичену хімічну енергію», — пояснив Церингер.

У робочих умовах кожен поглинений фотон може ініціювати процес утворення хімічного зв’язку, який рідко спостерігається у фотохімічних реакціях через кілька каналів втрати енергії. Вчені успішно підтвердили надійність і практичність системи, перемикаючись між станом накопичення енергії та станом вивільнення енергії кілька разів, використовуючи сонячне світло, що підкреслює її потенціал для застосування в реальному світі. Результати дослідження були опубліковані у Angewandte Chemie , журналі Німецького хімічного товариства, у вересні та були класифіковані як Hot Paper через низку виняткових оцінок наукових рецензентів.

Зберігання сонячної енергії в хімічній формі робить один крок поза процесом, роблячи те, що сьогодні робиться опосередковано, і, кожен крок збільшує втрати. Чим більше кроків і переходів, тим більше цих втрат. Для максимальної ефективності простіше – краще. Це те, що дослідники з Німеччини пропонують світу — ефективніше використовувати сонячне світло для задоволення потреб суспільства з більшою віддачею на кожен фотон, отриманий від сонця. І саме це запропоновано в новій технології зберігання сонячної енергії.

Джерело: cleantechnica.com

Дякую, що залишаєтеся зі мною. Вам подобаються мої статті? Бажаєте бачити більше цікавих матеріалів?😌 Підтримайте мене, залишайте коментар або лайк і порекомендуйте знайомим.✍ Ви допоможите мені досягти  встановлену ціль — щоденне відвідування на сайті 1000 чоловік.