Солнечная панель, которая хранит энергию

Исследователи Университета штата Огайо изобрели то, что как они говорят, является первой в мире аккумуляторной солнечной батареей, решая тем самым две основные проблемы, блокирующие развитие солнечной энергетики: эффективность и стоимость.

Исследователи говорят, что новая батарея может сделать солнечную энергию более доступной для домовладельцев и предприятий, может открыть двери для ее широкого использования в качестве устойчивого источника электричества. Исследовательская группа представила свою работу в журнале Nature Communications.
Существующие солнечные панели работают, собирая энергию от солнца, и преобразуют ее в электричество. Эта энергия, как правило, идет обратно в электросеть и обменивается на другие традиционные формы электричества. В штате Огайо такой обмен означает уголь и природный газ, которые являются источниками выбросов парниковых газов, что только ухудшает состояние экологии.
Если домовладелец отключен от электросети, энергия, собраная с помощью солнечных панелей, идет непосредственно на энергопитание собственного дома. Но без отдельной батареи, которая зачастую стоит достаточно дорого, у домовладельца не будет возможности хранить эту энергия для использования во время темного времени суток или пасмурных дней.
«Сегодня, чтобы использовать возможности возобновляемых источников энергии, мы должны использовать солнечные панели, но также нам необходимо сохранить энергию, поэтому нам нужно использовать аккумуляторы», говорит Йийинг Ву (Yiying Wu), профессор химии и биохимии в штате Огайо, участник исследовательской группы. Таким образом, с точки зрения производства и установки, это очень дорогой процесс».
Ву и его студенты интересовались возможностью интеграции двух технологий – солнечной панели и батареи – в одно эффективное устройство.
Профессор Ву говорит, что существующие системы солнечной энергии теряют около 20% при передаче собранной энергии батарее. Созданная система OSU сохраняет же практически всю собранную энергию.
Исследователи обычно сосредоточены либо на батареях, либо на солнечной энергии. И те, кто изо всех сил пытаются найти возможность объединить энергию солнца с батареей. «Несколько человек пытались соединить эти две части через «механическую» или «физическую» связь», рассказывает Ву. «По существу, это подключение солнечной панели к батарее... таким образом, не обеспечивается существенной выгоды в стоимости или эффективности».
Профессор Ву и его студенты приступили к работе над гибридом прошлым летом. Они начали с воздушной батареи, которая была разработана Ву и студентом докторантуры университета Огайо Сяоди Реном (Xiaodi Ren), и использует кислород для получения электроэнергии.

Аккумуляторная солнечная батарея, которая представлена ученым сегодня, также использует кислород, но для создания электронов все же использует солнечный свет.

Еще один студент докторантуры, Мингзи Йу (Mingzhe Yu), соорудил сетчатую солнечную панель которая позволяет воздуху свободно циркулировать сквозь ее структуру - ключевой момент для батареи, определяющий ее способность к повторной зарядке.
Вот тут можно перейти к техническим вопросам. Стержни из диоксида титана улавливают свет. Когда свет попадает на сетчатую солнечную панель происходит выработка электронов. Внутри батареи электроны создают энергию путем разрушения пероксида лития до иона лития и кислорода. Кислород высвобождается в окружающую среду через сетчатую солнечную панель, а ионы лития остаются в батарее, неся сохраненный заряд. 

Йу отметил, что батарея должная сократить производственные затраты для солнечных энергетических систем примерно на 25%. И солнечные батареи должны служить примерно столько же, как и аккумуляторные, представленные сегодня на рынке. Пока батарея системы OSU не способна в одиночку обеспечивать энергией целый дом, исследователи все же настроены оптимистично, продолжая работы в этом направлении.

"Свободно стоящий источник энергии, основанный на этой концепции является обнадеживающей картиной для будущего", говорит Йу. "Есть ещё много вещей, которые необходимо исследовать в этой технологии".