Аккумулятор FIAMM 12 FGHL 34

Новое исследование показало, что рейтинги безопасности аккумуляторов не универсальны и сильно зависят от сценариев использования. Кроме того, литий-фторид-полимерные аккумуляторы могут выделять большое количество фтористого водорода, что ставит под сомнение их репутацию как «самых безопасных» аккумуляторов.

Для глобального перехода к устойчивым энергетическим системам необходимы аккумуляторные технологии хранения энергии, которые обеспечивают высокую производительность и безопасность. Несмотря на то, что в настоящее время преобладают литий-ионные аккумуляторы (ЛИА), их небезопасность — в частности, тепловой разгон, вызванный воспламенением жидкого электролита, — по-прежнему вызывает опасения.

Исследователи из Университета Ньюкасла в Великобритании в сотрудничестве с Академией пожарной службы в Польше провели всестороннее сравнение трех ключевых технологий: традиционных литий-ионных, новых натрий-ионных (SIB) и твердотельных аккумуляторов (SSB). По их мнению, несмотря на важность устойчивости к тепловому разгону, для полноценного сравнения различных химических составов аккумуляторов необходима целостная система безопасности с учетом множества факторов, адаптированная к различным сценариям использования.

При оценке учитываются устойчивость к воспламенению, устойчивость к неправильному обращению, серьезность последствий отказа (в том числе максимальная температура, тепловыделение и скорость нагрева), опасность выделения газов (объем, воспламеняемость, токсичность), риск распространения огня, а также ограничения, связанные с конкретным применением, например разница между замкнутыми системами морского транспорта и сетевыми системами хранения, оснащенными активными системами пожаротушения.

Команда разработала подробные базовые требования к безопасности литий-ионных аккумуляторов, изучив механизмы их выхода из строя при термическом, электрическом и механическом воздействии. Это включало в себя анализ развития теплового разгона, профилей выделения газов и динамики распространения тока между ячейками.

Они отмечают, что химический состав катода во многом определяет интенсивность термических процессов, влияя на плотность энергии и окислительный потенциал. Высокоэнергетические слоистые оксиды, такие как LiCoO₂ и никель-марганцево-кобальтовые оксиды, обеспечивают высокую емкость аккумуляторов для электромобилей, но при сильном заряде становятся структурно нестабильными и выделяют активный кислород, который ускоряет экзотермические реакции с растворителем электролита. Термическая стабильность снижается с увеличением содержания никеля: NMC-811 начинает разлагаться при температуре около 215 °C, в то время как NMC-111 — примерно при 275 °C.

Фосфат лития-железа (LFP), напротив, имеет прочную структуру оливина, которая препятствует выделению кислорода даже при температуре выше 300 °C, что делает его менее склонным к самовозгоранию. Однако у него ниже напряжение и удельная энергоемкость. Исследователи предупреждают, что оба химических соединения представляют определенную опасность, в том числе из-за образования горючих или взрывоопасных газов в экстремальных условиях, поэтому LFP нельзя назвать «более безопасным», чем NMC.

Натрий-ионные аккумуляторы обладают заметными преимуществами с точки зрения безопасности, в том числе более высокой температурой начала теплового разгона (220–260 °C против 170–220 °C у литий-ионных аккумуляторов на основе NMC), более низкой скоростью выделения тепла, меньшим содержанием водорода в отходящих газах (около 30 % по сравнению с 42 % у литий-железо-фосфатных аккумуляторов) и возможностью транспортировки при нулевом напряжении, что значительно снижает логистические риски.

Твердотельные аккумуляторы, особенно на основе оксидов, представляют собой более фундаментальный прорыв, поскольку в них не используются легковоспламеняющиеся жидкие электролиты. Эти системы демонстрируют исключительную термическую стабильность (T2 выше 600 °C), минимальное газовыделение (менее 0,5 л/Ач) и значительно более низкую скорость распространения пламени по сравнению с никель-марганцево-кобальтовыми аккумуляторами с высоким содержанием никеля (0,3–0,9 °C/мин против 9–11 °C/мин).

Однако исследователи подчеркивают, что рейтинг безопасности во многом зависит от условий применения. Превосходная термическая стабильность литий-фторид-полимерных аккумуляторов может быть нивелирована высокой концентрацией фтористого водорода (HF) при выходе из строя (3000–8000 ppm), в то время как твердотельные аккумуляторы на основе сульфидов могут выделять сероводород (H₂S) при контакте с влагой.

В статье «Сравнительный анализ безопасности аккумуляторных технологий текущего и следующего поколений», опубликованной в Journal of Power Sources, авторы приходят к выводу, что «путь к созданию более безопасных накопителей энергии — это непрерывный процесс, а не конечная цель».

Несмотря на то, что твердотельные аккумуляторы в долгосрочной перспективе обещают более высокий уровень безопасности, исследователи предполагают, что натрий-ионные аккумуляторы могут стать практичным решением в краткосрочной перспективе. Дальнейшее совершенствование литий-ионных систем будет иметь решающее значение для обеспечения безопасности огромного парка электромобилей, которые будут выпускаться в ближайшем будущем. В конечном счете, по их мнению, будущее за аккумуляторами, работающими на различных технологиях, каждая из которых будет выбираться в зависимости от соотношения производительности, стоимости и, что самое важное, строго подтвержденного профиля безопасности

Аккумулятор FIAMM FG 20721

Исследователи из Института Фраунгофера в Германии разрабатывают технологии печати и цветопередачи, чтобы сделать обычные кремниевые фотоэлектрические панели менее заметными при установке на фасады зданий, крыши и балконы.

Центр кремниевой фотовольтаики Фраунгофера (Fraunhofer CSP) в Германии разрабатывает технологию печати и нанесения цвета на обычное покровное стекло кремниевых фотоэлектрических модулей, а также на тонкие стеклянные листы и фольгу. Это решение предназначено для модернизации панелей, используемых на солнечных фасадах, крышах и балконах.

В рамках двухлетнего проекта под кодовым названием Colipri, стартовавшего в феврале 2025 года, исследователи разрабатывают решение, которое позволит окрашивать фотоэлектрические модули для использования, например, в исторических зданиях или в других целях, делая их менее заметными и более приемлемыми для потребителей, при этом снижая потери эффективности и дополнительные затраты.

«Вместе с нашими партнерами по проекту мы можем предложить клиентам все этапы модернизации модулей. В настоящее время мы работаем над тем, чтобы сделать процесс внедрения индивидуальных решений более экономичным».

Был разработан процесс модернизации готовых коммерческих модулей. «Особенность этого процесса в том, что его можно применять ко всем типам коммерческих модулей с фронтальным стеклом и ко всем технологиям производства солнечных элементов, независимо от размера и эффективности модулей», — сказал Пфау.

Органические чернила используются для печати на пленках, а керамические — для печати на стекле. Стеклокерамические цветовые матрицы обеспечивают высокую надежность и долговременную стабильность. По данным группы, проводятся испытания различных видов чернил для печати, в том числе спектрально-селективных пигментов, в том числе керамических интерференционных красителей, для минимизации потерь эффективности.

В рамках проекта продолжается работа над усовершенствованием печатных красок и шаблонов, а также над процессами, повышающими эффективность. Это включает в себя разработку параметров печати и оптимизацию файлов для печати, необходимых для создания индивидуальных дизайнов на стекле модулей, а также на стеклянных листах и пленках.

Максимально допустимые потери эффективности «во многом зависят от дизайна и цветовой гаммы» и при оптимизации составляют около 20 %. «Наша цель — еще больше сократить эти потери за счет улучшения качества чернил и шаблонов для печати без существенной потери качества дизайна», — пояснил Пфау.

Немецкие партнеры проекта, компании Flachglas Nord-Ost GmbH и Hohenstein Isolierglas GmbH, оказывают поддержку, уделяя особое внимание печати на стекле и полимерной пленке соответственно.

Fraunhofer CSP отвечает за разработку и оценку решений по модернизации, а также за создание оптимизированных с точки зрения эффективности печатных растров и оптических слоев, наборов данных с высоким разрешением, а также за разработку методов измерения и тестовых образцов. Кроме того, разрабатывается новая модель для оценки потерь производительности.

Аккумулятор FIAMM 12FGH23

Международная исследовательская группа изучила агрофотоэлектрические системы, выделив проблемы, связанные с их проектированием, урожайностью и эффективностью фотоэлектрических элементов, а также определив их глобальный потенциал. Исследователи призывают к внедрению инновационных схем, целенаправленному выбору культур и совершенствованию моделирования для максимизации выхода энергии и эффективности землепользования.

Конфигурации агрофотоэлектрических систем

Международная исследовательская группа провела комплексный анализ современного состояния агрофотоэлектрических систем.

«В нашей работе мы освещаем проблемы и препятствия с четырех важнейших точек зрения, которые необходимы для развития этой области: проектирование систем, производительность, внедрение и исследования, — рассказал автор исследования Пьетро Элия Кампана. — Мы не только обозначаем эти проблемы, но и рекомендуем конкретные направления исследований для устранения существующих ограничений агрофотоэлектрических систем».

«Мы нанесли на карту и классифицировали потенциал агрофотоэлектрических систем на сельскохозяйственных угодьях по всему миру, — добавил соавтор исследования Микеле Крочи. — Для территорий, отнесенных к категории «отличные», мы оцениваем годовой объем выработки в диапазоне от 66 до 385 ПВт·ч». Он также отметил, что этот потенциал зависит от типа фотоэлектрической технологии и плотности установки. Кроме того, с учетом близости к существующей инфраструктуре электросетей краткосрочный потенциал развертывания оценивается в диапазоне от 10 до 59 ПВт·ч в год. Наибольший потенциал для развития этих систем имеют Африка, Азиатско-Тихоокеанский регион, а также Центральная и Южная Америка.

В исследовании «Научные перспективы агрофотоэлектрических систем земледелия», опубликованном в Nature Reviews Clean Technology, ученые объясняют, что с точки зрения системного проектирования интеграция опорных конструкций и фотоэлектрических модулей в традиционные методы ведения сельского хозяйства сопряжена с рядом трудностей. К ним относятся потенциальные потери урожая, сложности в эксплуатации, риск повреждения фотоэлектрических модулей и сельскохозяйственной техники, а также неизбежная потеря площади, необходимой для установки опорных конструкций. Для решения этих проблем потребуются инновационные схемы, фотоэлектрические модули и компоненты, адаптированные для агрофотоэлектрических систем, а также определение видов и сортов сельскохозяйственных культур, которые хорошо растут при разном уровне затенения и в разных климатических условиях.

«Такие усилия направлены на увеличение установленной пиковой мощности на гектар, что поможет сократить разрыв между агрофотоэлектрическими системами и обычными наземными фотоэлектрическими системами, — говорит исследователь Стефано Амдуччи. — В конечном счете этот подход направлен на минимизацию негативного влияния затенения на урожай при максимальной эффективности использования земли».

С точки зрения продуктивности сельскохозяйственных культур, команда исследователей отметила, что фотоэлектрические модули влияют на освещенность, микроклимат и состояние почвы, что, в свою очередь, влияет на физиологические реакции и урожайность конкретных культур. Эти факторы могут как повышать, так и снижать продуктивность в зависимости от таких факторов, как степень затенения, сорта культур и местные климатические условия.

«В некоторых опубликованных метаанализах предпринимались попытки установить простую взаимосвязь между степенью затенения и урожайностью различных культур, но у них есть ряд ограничений, — отметила Кампана. — В них часто не учитываются такие ключевые факторы, как доступность воды, и они основаны на ограниченном объеме данных. Большинство исследований в области агровольтаики проводилось в регионах, где дефицит воды не оказывает существенного влияния на урожайность. Сравнительно мало исследований проводилось в полузасушливых или подверженных засухе районах, где агровольтаические системы могут быть более эффективными, чем выращивание в открытом грунте».

Исследователи выяснили, что с точки зрения эффективности фотоэлектрических систем агровольтаические системы имеют более высокие удельные инвестиционные затраты по сравнению с обычными наземными фотоэлектрическими системами. Затраты обычно увеличиваются на 20–90 %. Это связано в первую очередь с более сложными и прочными конструкциями, необходимыми для ведения сельского хозяйства.

«Дополнительные конструктивные элементы, необходимые для того, чтобы агрофотоэлектрические установки не мешали сельскохозяйственным работам, также увеличивают воздействие агрофотоэлектрических систем на окружающую среду примерно на 20 % по сравнению с обычными наземными фотоэлектрическими системами», — сказал соавтор исследования Алессандро Агостини. «Кроме того, если агрофотоэлектрические системы снижают продуктивность сельского хозяйства из-за затенения или уменьшения полезной площади, они могут привести к перемещению земель и их дополнительной оккупации за пределами самого участка. При определенных условиях агрофотоэлектрические системы могут вырабатывать меньше удельной энергии, чем обычные фотоэлектрические системы, из-за более высокой степени загрязнения почвы, связанной с сельскохозяйственной деятельностью».

Команда также подчеркнула преимущества совместного размещения фотоэлектрических систем и сельскохозяйственных культур, отметив, что выбор культур в зависимости от альбедо может влиять на отражение солнечного света и эффективность фотоэлектрических систем. «Микроклимат, создаваемый фотоэлектрическими модулями и сельскохозяйственными культурами, может повысить эффективность фотоэлектрических систем за счет снижения рабочей температуры модулей из-за транспирации растений, — пояснил Кампана. — Меньшая плотность модулей и особые агрофотоэлектрические конфигурации, например вертикальная установка, могут снизить температуру солнечных элементов до 10 °C, что еще больше повысит эффективность».

«Мы изучили действующие рекомендации, стандарты, нормативные акты и политику в области агрофотовольтаики по всему миру, — рассказывает исследователь Анатолий Чаципанаги. — Наш анализ показывает, что точное прогнозирование производительности системы до ее установки имеет решающее значение, особенно в странах с установленными целевыми показателями урожайности, таких как Италия, Франция, Германия и Япония. Это, в свою очередь, повышает спрос на передовые инструменты моделирования, которые могут учитывать особенности конструкции системы, ее компонентов, затенения, облучения почвы, изменения микроклимата, урожайность и выработку энергии для оптимизации общей конструкции системы».

«Достижения в области моделирования, симуляции и оптимизации должны дополняться полевыми исследованиями, — добавил соавтор статьи Джордан Макник. — В нашей статье мы выявили по меньшей мере пять недостатков текущих полевых исследований, в том числе использование небольших объектов с нестандартными фотоэлектрическими системами, отсутствие комплексных баз данных, недостаточное количество стандартизированных протоколов и показателей эффективности, а также короткие сроки проведения экспериментов».

В заключение исследователи подчеркнули, что анализ технико-экономических, экологических и социальных аспектов агровольтаики, а также ее влияния на ландшафт и подходящих для ее внедрения территорий имеет решающее значение для разработки политики в этой сфере.

В исследовательскую группу вошли ученые из Университета Мелардален в Швеции, Национальной лаборатории по изучению солнечной энергии (NREL) в США, Католического университета Святого Сердца в Италии, Университета нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда в Саудовской Аравии, Института систем солнечной энергии Фраунгофера в Германии, Китайского университета науки и технологий, Объединенного исследовательского центра ЕС и Итальянского национального агентства по новым технологиям (ENEA).

Аккумулятор FIAMM FG 20451

В обзорной статье, опубликованной в журнале Joule, группа американских исследователей описала технологии и меры по налаживанию цепочек поставок, необходимые для того, чтобы к 2030 году мировая мощность солнечных фотоэлектрических систем на основе теллурида кадмия (CdTe) достигла 100 ГВт.

Группа ученых, представителей промышленности и организаций, участвующих в работе Консорциума по ускорителям на основе теллурида кадмия Министерства энергетики США, опубликовала в Joule обзорную статью о перспективах расширения производства солнечных фотоэлектрических систем на основе теллурида кадмия по всему миру до 100 ГВт в год к 2030 году.

«Несмотря на то, что фотоэлектрические элементы на основе теллурида кадмия (CdTe) уже хорошо зарекомендовали себя на рынке, наша статья показывает, что потенциал CdTe еще далеко не исчерпан. Наша работа открывает возможности для дальнейшего повышения производительности и расширения рынка», — рассказал

В анализе, представленном в работе «Дорожная карта к 100 ГВт в Китае: научные проблемы и проблемы в цепочках поставок для фотоэлектрических систем на основе теллурида кадмия,» оцениваются цепочки поставок и технологические разработки с учетом влияния государственной политики и темпов роста производственных мощностей по выпуску теллурида кадмия.

В отчете отмечается, что использование теллурида кадмия «непропорционально активно развивается в США и на американском рынке коммунальных услуг благодаря сочетанию политических и технологических факторов».

«Стоимость и производительность модулей на основе теллурида кадмия продолжают расти благодаря достижениям в области исследований, разработок и производства», — говорится в отчете.

Кроме того, с 2017 года совокупные годовые темпы роста (CAGR) совокупных производственных мощностей CdTe PV в мире составляют 37%. Прогноз исследователей на будущее показал, что “к 2030 году должно быть возможно получить 100 ГВтпостоянного тока в год”.

Исследование также показало, что поставки теллура (Te), побочного продукта горнодобывающей промышленности, не станут препятствием для расширения производства CdTe. При этом американский производитель модулей First Solar уже объявил о расширении мощностей в 2026 году, которое превысит ранее прогнозируемые показатели на 25%.

«Исторически сложилось так, что возможностей для улавливания Te было немного, и распространено ошибочное мнение, что из-за того, что сегодня производится так мало этого вещества, это фундаментальное ограничение, — сказал соавтор исследования Мэтью Риз в интервью. — Кроме того, можно усовершенствовать устройства, чтобы значительно увеличить масштабы производства CdTe и продлить срок его службы по мере наращивания производства Te».

Что касается возможности и дальше конкурировать с традиционными кремниевыми технологиями в сегменте промышленных масштабов, то исследование показало, что они выгодны с финансовой точки зрения, надежны, предсказуемы и лучше работают в жарком и влажном климате, а также обладают высоким потенциалом для исследований и разработок.

«Дальнейшие улучшения в указанных областях повысят конкурентоспособность CdTe», — сказал Хебен, имея в виду исследования, направленные на повышение эффективности преобразования энергии в модулях, снижение содержания теллура и улучшение бифасциальности.

Также был отмечен процесс производства CdTe, который «использует внутренние цепочки поставок», что делает его «менее чувствительным к ограничениям на импорт и способствует поддержанию национальной энергетической безопасности».

В исследовании приняли участие сотрудники Университета Толедо, Национальной лаборатории Скалистых гор Министерства энергетики США, Университета науки и технологий Миссури, Университета штата Колорадо, компаний Sivananthan Labs и First Solar.

В настоящее время проводятся фундаментальные и прикладные исследования, направленные на повышение производительности производимых устройств и модулей на основе теллурида кадмия в рамках проекта Консорциума по ускорителям на основе теллурида кадмия, финансируемого Министерством энергетики США.

Аккумулятор FIAMM 12FGH36

Международное исследование показало, что для успешной реализации агрофотоэлектрических проектов требуется комплексный подход к проектированию с учетом особенностей фермы, который предполагает интеграцию фотоэлектрических систем с механизацией сельского хозяйства на самых ранних этапах планирования. Без должного согласования между техникой, культурами и фотоэлектрическими системами агрофотоэлектрические проекты рискуют привести к значительным потерям площадей, снижению эффективности использования полей и увеличению эксплуатационных расходов, что негативно скажется на рентабельности фермы.

Международная исследовательская группа изучала возможности сочетания механизированного сельского хозяйства с агровольтаикой и пришла к выводу, что залогом успеха является комплексный процесс совместного проектирования с учетом особенностей конкретного хозяйства.

«Наше исследование посвящено интеграции сельскохозяйственной механизации в проектирование агрофотоэлектрических систем, — рассказал ведущий автор исследования Юрий Беллоне. — Мы показали, что заблаговременное планирование маневренности техники необходимо для предотвращения потери обрабатываемых земель и обеспечения экономической целесообразности сельскохозяйственной составляющей агрофотоэлектрических проектов».

«Мы изучили часто недооцениваемую проблему разработки агрофотоэлектрических систем, в которых механизация сельского хозяйства является обязательным условием, — продолжил он. — Недооценка важности разработки правильной стратегии механизации может привести к нехватке свободного пространства, затруднению маневрирования техники и значительной потере пригодных для обработки земель. Если земля не может быть эффективно обработана стандартной техникой, особенно для таких задач, как вспашка и уборка урожая, это негативно сказывается на рентабельности сельскохозяйственной деятельности в рамках агрофотоэлектрической системы».

В исследовании «Механизация сельского хозяйства в агрофотоэлектрических системах: проблемы, адаптация и возможные достижения», опубликованном в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews, ученые обозначили конкретные аспекты, которые необходимо учитывать при проектировании агрофотоэлектрических установок, чтобы обеспечить непрерывность сельскохозяйственной деятельности.

«В то время как агрофотоэлектрические системы призваны повысить устойчивость сельского хозяйства как с экономической, так и с экологической точки зрения, физические массивы делят землю на сектора, расположенные между рядами фотоэлектрических панелей. Каждый сектор представляет собой независимую единицу, определяемую конкретной агрофотоэлектрической типологией, с различными пространственными ограничениями, — пояснил Беллоне. — Таким образом, основным фактором при проектировании становится горизонтальная длина, то есть доступное пространство для посадки и обработки почвы, а также вертикальный зазор внутри каждого сектора». Серьезным препятствием является то, что сельскохозяйственная техника и орудия труда очень разнообразны и, как правило, предназначены для работы на открытых полях, а не в условиях ограниченного пространства, характерных для агровольтаики.

Чтобы решить эту проблему, фермеры должны планировать механизированный парк с учетом всего севооборота, предусмотренного для конкретного хозяйства. «Такое планирование усложняется, если вы полагаетесь на сторонних подрядчиков, которые могут использовать технику, не идеально подходящую для максимальной эффективности на каждом конкретном агровольтаическом предприятии, — подчеркнул Беллоне. — Однако в исследовании упоминаются исключения, например техника, предназначенная для виноградарства и шпалерных систем, которую можно адаптировать для более плотных агровольтаических систем».

Исследователи также отметили, что при использовании фотоэлектрических панелей, расположенных на большом расстоянии друг от друга, одни только буферные зоны могут привести к потере до 30% площади. Кроме того, они подчеркнули, что в агрофотоэлектрических системах механизированные полевые работы менее эффективны: производительность может снизиться примерно до 45% из-за более низкой скорости работы и несоответствия ширины техники доступному пространству.

Они также рекомендовали ориентировать проходы для техники в соответствии с расположением фотоэлектрических систем, а не с естественным направлением движения по полю. «Универсального решения, подходящего для всех возможных конфигураций агрофотовольтаики, не существует, и оптимальная стратегия механизации сельского хозяйства в агрофотовольтаике зависит от множества факторов, таких как фотоэлектрические системы, площадь фермы, выбор культур, имеющаяся техника, доступность сторонних подрядчиков для механизированных работ и инвестиционные возможности компании», — подчеркнули они.

Группа также пояснила, что в настоящее время стандартизировать сельскохозяйственную технику сложно из-за ее большого разнообразия, и отметила, что конструкция проекта может влиять на расход топлива и эксплуатационные расходы задействованной техники. Например, расход топлива может увеличиться из-за снижения эффективности работы, в том числе из-за увеличения перекрытия и более частых разворотов, поскольку в агрофотонных системах предпочтение часто отдается более узким орудиям, чем при работе на открытых полях.

В перспективе ученые намерены найти способы повышения операционной эффективности и снижения энергопотребления сельскохозяйственной техники в рамках агрофотоэлектрических систем. «Достижения в области технологий точного земледелия, в том числе использование техники с GPS-навигацией и программного обеспечения для оптимизации планирования маршрутов, открывают широкие перспективы для устранения обсуждаемых операционных ограничений», — заключили они.

В исследовательскую группу вошли ученые из Университета Мелардален в Швеции, а также из Католического университета Святого Сердца в Италии и Совета по сельскохозяйственным исследованиям и экономике (CREA).

Аккумулятор FIAMM 12FGH65

Компании Copec, Luxmeter Energy и Ventisqueros ввели в эксплуатацию систему в центре разведения лосося Квинтупеу в Хорнопирене, отдаленном районе на юге Чили. Установка включает в себя фотоэлектрическую станцию мощностью 48 кВт и аккумуляторную батарею емкостью 109 кВт⋅ч, что позволяет снизить зависимость объекта от дизельных генераторов в условиях автономной аквакультуры.

На лососевой ферме Квинтупеу, принадлежащей компании Ventisqueros, в районе Хорнопирен в чилийской области Лос-Лагос, теперь работает гибридная солнечная система с накопителем энергии. Проект, разработанный компаниями Copec и Luxmeter Energy, направлен на снижение зависимости от дизельных генераторов на ферме, расположенной во фьорде и не подключенной к электросети.

Установка сочетает в себе фотоэлектрическую станцию мощностью 48 кВт и систему накопления энергии (BESS) емкостью 109 кВт⋅ч, что позволяет накапливать и непрерывно использовать энергию, вырабатываемую в часы пиковой солнечной активности. Дизельный генератор фермы служит резервным источником питания в периоды низкой солнечной активности или при возникновении нештатных ситуаций.

Система, разработанная с учетом особенностей морской среды с ее ограниченным пространством и суровыми погодными условиями, включает в себя гибкие солнечные панели, установленные на конструкциях, специально разработанных для центров аквакультуры. Такой подход позволяет использовать фотоэлектрические элементы на небольших открытых поверхностях, где установка обычных панелей нецелесообразна.

По словам разработчиков проекта, лососевые фермы в удаленных районах нуждаются в постоянном электроснабжении для критически важных систем, таких как контроль фотопериода, насыщение кислородом, кормление и мониторинг. Из-за отсутствия доступа к электросети на таких объектах исторически использовались постоянно работающие дизельные генераторы, что создавало значительные логистические и эксплуатационные трудности.

В течение первого месяца работы в октябре прошлого года солнечная система обеспечивала около двух третей потребностей в энергии для системы управления фотопериодом, а дизельный генератор покрывал оставшиеся 33,4 %. Управление фотопериодом регулирует смену света и темноты, которой подвергается выращиваемый лосось, влияя на его биологические процессы.

За этот период на ферме девять дней не включали дизельный генератор и сократили частоту поставок топлива.

Аккумулятор FIAMM 12FGL80

Международное исследование показало, что для успешной реализации агрофотоэлектрических проектов требуется комплексный подход к проектированию с учетом особенностей фермы, который предполагает интеграцию фотоэлектрических систем с механизацией сельского хозяйства на самых ранних этапах планирования. Без должного согласования между техникой, культурами и фотоэлектрическими системами агрофотоэлектрические проекты рискуют привести к значительным потерям площадей, снижению эффективности использования полей и увеличению эксплуатационных расходов, что негативно скажется на рентабельности фермы.

Международная исследовательская группа изучала возможности сочетания механизированного сельского хозяйства с агровольтаикой и пришла к выводу, что залогом успеха является комплексный процесс совместного проектирования с учетом особенностей конкретного хозяйства.

«Наше исследование посвящено интеграции сельскохозяйственной механизации в проектирование агрофотоэлектрических систем, — рассказал ведущий автор исследования Юрий Беллоне. — Мы показали, что заблаговременное планирование маневренности техники необходимо для предотвращения потери обрабатываемых земель и обеспечения экономической целесообразности сельскохозяйственной составляющей агрофотоэлектрических проектов».

«Мы изучили часто недооцениваемую проблему разработки агрофотоэлектрических систем, в которых механизация сельского хозяйства является обязательным условием, — продолжил он. — Недооценка важности разработки правильной стратегии механизации может привести к нехватке свободного пространства, затруднению маневрирования техники и значительной потере пригодных для обработки земель. Если земля не может быть эффективно обработана стандартной техникой, особенно для таких задач, как вспашка и уборка урожая, это негативно сказывается на рентабельности сельскохозяйственной деятельности в рамках агрофотоэлектрической системы».

В исследовании «Механизация сельского хозяйства в агрофотоэлектрических системах: проблемы, адаптация и возможные достижения», опубликованном в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews, ученые обозначили конкретные аспекты, которые необходимо учитывать при проектировании агрофотоэлектрических установок, чтобы обеспечить непрерывность сельскохозяйственной деятельности.

«В то время как агрофотоэлектрические системы призваны повысить устойчивость сельского хозяйства как с экономической, так и с экологической точки зрения, физические массивы делят землю на сектора, расположенные между рядами фотоэлектрических панелей. Каждый сектор представляет собой независимую единицу, определяемую конкретной агрофотоэлектрической типологией, с различными пространственными ограничениями, — пояснил Беллоне. — Таким образом, основным фактором при проектировании становится горизонтальная длина, то есть доступное пространство для посадки и обработки почвы, а также вертикальный зазор внутри каждого сектора». Серьезным препятствием является то, что сельскохозяйственная техника и орудия труда очень разнообразны и, как правило, предназначены для работы на открытых полях, а не в условиях ограниченного пространства, характерных для агровольтаики.

Чтобы решить эту проблему, фермеры должны планировать механизированный парк с учетом всего севооборота, предусмотренного для конкретного хозяйства. «Такое планирование усложняется, если вы полагаетесь на сторонних подрядчиков, которые могут использовать технику, не идеально подходящую для максимальной эффективности на каждом конкретном агровольтаическом предприятии, — подчеркнул Беллоне. — Однако в исследовании упоминаются исключения, например техника, предназначенная для виноградарства и шпалерных систем, которую можно адаптировать для более плотных агровольтаических систем».

Исследователи также отметили, что при использовании фотоэлектрических панелей, расположенных на большом расстоянии друг от друга, одни только буферные зоны могут привести к потере до 30% площади. Кроме того, они подчеркнули, что в агрофотоэлектрических системах механизированные полевые работы менее эффективны: производительность может снизиться примерно до 45% из-за более низкой скорости работы и несоответствия ширины техники доступному пространству.

Они также рекомендовали ориентировать проходы для техники в соответствии с расположением фотоэлектрических систем, а не с естественным направлением движения по полю. «Универсального решения, подходящего для всех возможных конфигураций агрофотовольтаики, не существует, и оптимальная стратегия механизации сельского хозяйства в агрофотовольтаике зависит от множества факторов, таких как фотоэлектрические системы, площадь фермы, выбор культур, имеющаяся техника, доступность сторонних подрядчиков для механизированных работ и инвестиционные возможности компании», — подчеркнули они.

Группа также пояснила, что в настоящее время стандартизировать сельскохозяйственную технику сложно из-за ее большого разнообразия, и отметила, что конструкция проекта может влиять на расход топлива и эксплуатационные расходы задействованной техники. Например, расход топлива может увеличиться из-за снижения эффективности работы, в том числе из-за увеличения перекрытия и более частых разворотов, поскольку в агрофотонных системах предпочтение часто отдается более узким орудиям, чем при работе на открытых полях.

В перспективе ученые намерены найти способы повышения операционной эффективности и снижения энергопотребления сельскохозяйственной техники в рамках агрофотоэлектрических систем. «Достижения в области технологий точного земледелия, в том числе использование техники с GPS-навигацией и программного обеспечения для оптимизации планирования маршрутов, открывают широкие перспективы для устранения обсуждаемых операционных ограничений», — заключили они.

В исследовательскую группу вошли ученые из Университета Мелардален в Швеции, а также из Католического университета Святого Сердца в Италии и Совета по сельскохозяйственным исследованиям и экономике (CREA).

Аккумулятор FIAMM 12FGL120

Компания Xilia Group представила композитные рамы для солнечных модулей из армированного стекловолокном полиуретана. По словам представителей компании, такие рамы легче, устойчивы к коррозии и не требуют заземления.

Гонконгский стартап Xilia Group представил раму для солнечных модулей из композитных материалов, которая, как сообщается, снижает вес конструкции примерно на 25% и первоначальные затраты — до 30% по сравнению с обычными алюминиевыми рамами.

«Рынок фотоэлектрических систем находится под огромным давлением, и привычная для отрасли зависимость от алюминия усугубляет ситуацию, — сказал основатель компании Xilia Рене Моерман в интервью. — Продолжая использовать традиционные алюминиевые рамы, отрасль следует привычке, которая стала скорее помехой, чем движущей силой инноваций».

Новая рама изготовлена по технологии армирования полимера стекловолокном (GFRP), сертифицированной TÜV, и устойчива к коррозии, вызванной солевым туманом и аммиаком. По словам менеджера по продажам Xilia Ники Алиахмад, материал обладает электроизоляционными свойствами, что избавляет от необходимости в заземляющих элементах и помогает предотвратить деградацию, вызванную электростатическим разрядом (potential-induced degradation, PID). Рамы доступны в конфигурациях «стекло-стекло», «стекло-задняя панель» и «легкий модуль».

Рамы изготовлены из полиуретана, армированного стекловолокном (GF–PU), композитного материала, в котором стеклянные волокна встроены в полиуретановую матрицу. Производство основано на процессе пултрузионной экструзии.

Поскольку GF-PU не является металлическим материалом, его не нужно заземлять. По словам представителей Xilia, лабораторные испытания показали высокое поверхностное и объемное удельное сопротивление, сравнительный индекс токопроводности (CTI) 600 В и предельный кислородный индекс (LOI) около 56,7, что свидетельствует о его огнестойкости. Компания добавила, что конструкция рамы была разработана с помощью компьютерного инженерного анализа (CAE).

По имеющимся данным, при имитации ветровой и снеговой нагрузки рамы выдерживали давление в 5400 Па (при опускании) и 2400 Па (при подъеме) в течение нескольких циклов, при этом прогиб в средней части модуля был меньше, чем у аналогичных алюминиевых рам. В Xilia также сообщили, что коэффициент линейного теплового расширения материала практически совпадает с коэффициентом теплового расширения стекла, что снижает термомеханическое напряжение в многослойном модуле при перепадах температур.

По данным компании, рамы продемонстрировали устойчивость к воздействию влаги, высоких температур, ультрафиолетового излучения, солевого тумана, аммиака и химической коррозии, в том числе в кислой и щелочной средах. Сохранение механических свойств было подтверждено в ходе испытаний в соответствии со стандартами IEC и ASTM, сообщили в Xilia. Испытания на совместное воздействие ультрафиолета и высоких температур и влажности не выявили существенного снижения прочности на изгиб, что позволяет использовать рамы в прибрежных, сельскохозяйственных, пустынных и промышленных зонах.

«Было доказано, что изоляционные свойства композитной рамы снижают потери при передаче по сравнению с металлическими рамами», — сказал Моэрмайер. Он добавил, что по сравнению с алюминиевыми рамами рамы из стеклопластика и полиуретана примерно на 25% легче и позволяют сократить выбросы углекислого газа на 85% на гигаватт установленной мощности.

Рамы сертифицированы TÜV и прошли испытания на пожаробезопасность, коррозионную стойкость, устойчивость к перепадам температуры и механическим нагрузкам. По данным производителя, они относятся к неметаллическим конструкциям и предназначены для вторичной переработки с использованием стандартных механических и химических процессов переработки композитных материалов.

Аккумулятор FIAMM FG 11201

Немецкие исследователи разработали технологию натрий-ионных аккумуляторов, в которой в качестве отрицательного электрода используется твердый углерод на основе лигнина. Прототип аккумуляторного элемента емкостью 1 Ач не показал значительных признаков деградации после 100 циклов зарядки и разрядки.

Исследователи из Института керамических технологий и систем Фраунгофера (IKTS) и Йенского университета имени Фридриха Шиллера в Германии создали прототип натрий-ионного аккумулятора, в котором в качестве электродного материала используется лигнин — сложный органический полимер, содержащийся в клеточных стенках растений.

Лигнин — это побочный продукт деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. После обработки он приобретает хорошую электропроводность, а его окислительно-восстановительные группы могут обратимо накапливать и отдавать электроны. Для использования в аккумуляторах лигнин обычно подвергают карбонизации для получения твердого углерода.

Исследовательская группа использовала лигнин, предоставленный немецкой компанией Mercer Rosenthal GmbH, специализирующейся на производстве целлюлозы, биоэнергии и биохимических веществ из древесины и другого возобновляемого сырья. Лигнин был термически преобразован в углерод в инертных условиях, после чего из него были изготовлены отрицательные электроды.

«Структура этого твердого углерода очень хорошо подходит для обратимого хранения ионов натрия, — объяснили ученые. — Твердый углерод обладает высокими электрохимическими характеристиками, хорошей циклической стабильностью и низкой стоимостью получения, особенно если он изготовлен из экологически чистого сырья».

Твердый углерод, получаемый из лигнина — побочного продукта деревообрабатывающей промышленности, — служит основой для электрода батареи Thuringian Forest.

Используя этот электродный материал, команда собрала аккумуляторные элементы емкостью 1 Ач и протестировала их в испытательном центре аккумуляторов Fraunhofer IKTS в Арнштадте, в Fraunhofer IKTS в Хермсдорфе и в Йенском университете имени Фридриха Шиллера.

«После 100 циклов зарядки и разрядки лабораторный элемент питания не показал существенной деградации. К концу проекта мы планируем продемонстрировать 200 циклов зарядки и разрядки элемента питания емкостью 1 Ач», — сказал координатор исследования Лукас Меденбах, отметив, что предлагаемая технология аккумуляторов предназначена для стационарных и мобильных систем хранения энергии.

Более подробные технические сведения о новой технологии производства аккумуляторов не приводятся.

«Цель проекта — повысить независимость от критически важного сырья и способствовать переходу на более дешевые, экологичные и безопасные аккумуляторы, — говорится в заявлении Fraunhofer IKTS. — Проект поддерживается промышленным консультативным советом, в который входят в основном региональные компании, в том числе тюрингские Mercer Rosenthal GmbH, Glatt Ingenieurtechnik GmbH, IBU-tec advanced materials AG и EAS Batteries GmbH, а также венская Petrochemical Holding GmbH».

Аккумулятор FIAMM 12 FIT 60

Южнокорейские исследователи разработали систему управляемого обучения, которая позволяет точно прогнозировать мощность фотоэлектрических систем без использования датчиков освещенности во время работы, опираясь на стандартные метеорологические данные. Сообщается, что модель показала высокую эффективность при работе с данными, не входящими в обучающую выборку, и превзошла традиционные подходы, основанные на показателях освещенности, особенно в условиях зашумленных или нестабильных данных.

Фотоэлектрический комплекс, построенный вдоль шоссе в Южной Корее.

Исследовательская группа из Южной Кореи разработала новую систему управляемого обучения, которая позволяет одновременно оценивать интенсивность излучения и мощность фотоэлектрических систем.

«Сначала модель обучается на основе косвенных данных об освещенности, полученных с помощью стандартных метеорологических сигналов, а затем использует эти данные для регрессии мощности фотоэлектрических систем, — рассказал автор исследования Сангвок Пак. — Это позволяет использовать модель на объектах без датчиков освещенности, сохраняя при этом точность, которую обычно обеспечивают эти сигналы».

Предложенная система использует данные об интенсивности солнечного излучения только во время обучения и не требует их при работе. По словам исследователей, она стабильно обеспечивает одинаковый уровень точности даже при применении в сценариях, выходящих за рамки обучающего набора данных.

Метод состоит из двух основных компонентов: оценки интенсивности солнечного излучения, которая прогнозирует интенсивность излучения на основе метеорологических данных, и регрессионной модели, которая дополняет исходные данные оценкой интенсивности излучения и выдает мощность фотоэлектрических систем, нормализованную по установленной мощности. Система изначально собирает такие данные, как температура, влажность и скорость ветра, а в процессе обучения также учитывает данные об интенсивности излучения.

Глубокая последовательная модель обрабатывает временные ряды погодных условий для создания внутренних признаков. Эти признаки передаются в блок оценки и региональный блок, которые позволяют модели формировать внутренние представления об интенсивности солнечного излучения. После обучения и проверки модель запускается без данных об интенсивности солнечного излучения, самостоятельно оценивая этот показатель и используя его для расчета выходной мощности фотоэлектрических систем.

Платформа была протестирована на наборе данных, собранном в Канныне, Южная Корея, за год, с 1 января 2022 года по 31 декабря 2022 года. Были проанализированы три солнечные электростанции: C9 для обучения, N19 для проверки и C3 для тестирования. В рамках проекта было протестировано несколько моделей глубоких нейронных сетей, в том числе двухуровневая длинная краткосрочная память (LSTM), LSTM с механизмом внимания и сверточная нейронная сеть с длинной краткосрочной памятью архитектура CNN-LSTM. Наилучшие результаты показала двухуровневая LSTM, при этом вариант с механизмом внимания показал статистически сопоставимые результаты.

«Предложенный метод направленного обучения продемонстрировал высокую эффективность на тестовой выборке», — заявили исследователи. Статистические сравнения с использованием t-критерия и метода бутстреппинга показали, что в среднем по сравнению с базовыми подходами без использования данных об интенсивности излучения среднеквадратическая ошибка (RMSE) снизилась на 0,06 кВт в почасовом измерении и на 1,07 кВт в суточном. По сравнению с эталонными подходами, использующими данные об интенсивности излучения как при обучении, так и при тестировании, улучшение составило 1,03 кВт и 15,33 кВт соответственно.

Парк отметил, что одним из самых неожиданных результатов стало то, что управляемая модель лучше обобщала данные на тестовом участке, чем модели, которые напрямую использовали данные об освещенности при выводе. «Когда данные об освещенности были зашумленными или противоречивыми, качество обычных моделей снижалось, в то время как управляемая модель оставалась стабильной и показывала более низкие значения погрешности как по часовым, так и по суточным показателям», — сказал он.

В настоящее время исследовательская группа готовит многорегиональное исследование, охватывающее различные климатические зоны и типы установок, а также изучает возможность объединения данных с нескольких станций для дальнейшего повышения надежности модели. «Мы также планируем добавить в модель устойчивость к отсутствию входных данных, количественную оценку неопределенности с помощью калиброванных интервалов прогнозирования и обнаружение аномалий, связанных с экстремальными погодными условиями и неисправностями датчиков, — добавил Пак. — Наконец, мы рассматриваем возможность пилотного внедрения с участием сетевых операторов для оценки практической ценности».

Новая модель была представлена в статье «Управляемое обучение для регрессии мощности фотоэлектрических элементов при отсутствии ключевой информации», опубликованной в журнале Measurement. В исследовании приняли участие ученые из южнокорейских компаний LG Electronics и Национального университета Канвондо.