Аккумуляторная батарея TROJAN J305G-AC

Используя метод маскирования и нанесения медной металлизации, учёные из немецкого исследовательского центра изготовили тандемный солнечный элемент на основе перовскита и кремния площадью 1,21 см² с нижним устройством на основе гетероперехода. Эффективность элемента составила 19,35 %, что, по имеющимся данным, является самым высоким показателем для этого типа элементов с гальванической передней металлизацией.

Образцы текстурированного кремниевого гетероперехода после металлизации маски и пластины

Исследователи из Института систем солнечной энергии им. Фраунгофера (Fraunhofer ISE) в Германии впервые применили так называемый метод фронтальной металлизации с использованием маски и пластины для разработки тандемных солнечных элементов на основе перовскита и кремния.

«Новизна этой работы заключается в трёх аспектах: во-первых, мы добились очень малых размеров медных электродов — всего 15 мкм — с соотношением сторон около 1 за счёт оптимизированной струйной печати резиста для гальванического покрытия, — рассказал автор исследования Йорг Шюбе. — Во-вторых, мы нашли способ прямого нанесения медных электродов на подложки с покрытием из индий-олова с достаточно высокой механической адгезией. В-третьих, мы продемонстрировали, что металлизация масок и пластин применима к тандемным солнечным элементам на основе перовскитного кремния без существенного повреждения слоя перовскита.“

«В последние годы мы успешно продемонстрировали, что маска и пластина могут стать экономичной альтернативой традиционной литографии в солнечных элементах на основе соединений III-V. Этот прорыв открывает перспективы далеко за пределами фотовольтаики, — сказал соавтор исследования Роман Кединг. — Тот же подход может улучшить такие зависящие от литографии приложения, как силовые чипы на основе карбида кремния (SiC) и кремния, повысив их производительность и ресурсоэффективность. Теперь мы видим огромный потенциал в изучении этого метода совместно с производителями из различных отраслей».

С помощью метода «маски и пластины» на солнечных элементах можно сформировать сверхтонкие металлические контакты, сначала напечатав с помощью струйного принтера точную резистивную «маску» с узкими отверстиями, а затем нанеся гальваническое покрытие из таких металлов, как медь или никель. Это позволяет создавать очень узкие контакты, уменьшая затенение и повышая эффективность, при этом не прибегая к дорогостоящей фотолитографии. Поскольку в этом процессе можно использовать медь вместо серебра, это значительно снижает затраты на материалы и повышает масштабируемость ресурсов.

Схематическое изображение процесса металлизации лицевой стороны маски и пластины

Используя метод маски и пластины, а также промышленное производственное оборудование, исследователи изготовили гетеропереходную солнечную батарею размером M6 с медным покрытием и эффективностью 22,5 %. Этот показатель оказался немного выше, чем у аналогичного устройства с серебряным покрытием.

Они объяснили повышение эффективности уменьшением потерь из-за затенения медной металлизацией и сильной механической адгезией медных контактов, достигнутой за счёт этапа плазменной обработки, который применяется между печатью по маске и гальваническим осаждением металла.

Используя лабораторное оборудование и ту же технологию, команда также создала тандемный солнечный элемент из перовскита и кремния площадью 1,21 см² с нижним элементом на основе гетероструктуры из нитрида галлия и индия. При стандартном освещении эффективность преобразования энергии составила 19,35 %, что, по имеющимся данным, является самым высоким показателем для этого типа элементов с гальванической передней металлизацией.

«Эта работа наглядно демонстрирует возможность нанесения медной металлизации на маску и пластину для тандемных солнечных элементов из перовскита и кремния размером 1,21 см2 без значительных повреждений. Таким образом, это может стать основой для промышленной металлизации солнечных элементов следующего поколения без использования серебра, — заключили учёные. — Для подтверждения вывода о том, что нанесение металлизации на маску и пластину не вредит тандемным солнечным элементам из перовскита и кремния, необходимы дальнейшие исследования».

Их результаты были представлены в статье «Металлизация масок и пластин для кремниевых гетеропереходов и тандемных солнечных элементов на основе перовскитного кремния», опубликованной в Журнале «Материалы для солнечной энергетики и солнечные элементы».

Институт Фраунгофера ISE разработал несколько производственных технологий для сокращения использования серебра в солнечных батареях. К ним относятся трафаретная печать, печать FlexTrail, глубокая печать и ротационная печать.

Аккумуляторная батарея TROJAN 31XHS

Исследователи из Объединённых Арабских Эмиратов разработали новую модель, которая позволяет оценить рабочую температуру фотоэлектрического модуля без использования датчиков, основываясь либо на напряжении холостого хода, либо на напряжении в точке максимальной мощности.

Исследователи из Центра исследований и разработок Управления электроэнергетики и водоснабжения Дубая (DEWA) разработали новый метод бесконтактной самотермометрии для оценки рабочей температуры фотоэлектрических модулей.

Новый метод, получивший название «метод коэффициента сдвига», основан на анализе изменений напряжения холостого хода (Voc) или напряжения в точке максимальной мощности (Vmp).

«Сопоставляя эти электрические реакции с интенсивностью излучения и температурой модуля, мы получаем не только гибкий и ненавязчивый способ оценки температуры, но и возможность проверять или корректировать данные датчиков, эффективно дополняя и повышая надёжность традиционных измерений с помощью датчиков», — заявили исследователи.

Работа была недавно опубликована в статье «Самостоятельная термометрия фотоэлектрических модулей: подход с использованием коэффициента сдвига в сравнении с моделями Sandia, Faiman и IEC 60904-5» в журнале «Прогресс в области фотовольтаики: исследования и применение».

По словам автора исследования Шахзады Памира, это стало результатом попыток создать «автономный, основанный на данных подход к оценке температуры модулей, который минимизирует зависимость от внешних метеорологических факторов, сохраняя при этом точность оценки производительности».

«Мы опираемся на имеющийся опыт в области моделирования, диагностики и проверки в полевых условиях, предлагая новый подход к бессенсорному мониторингу», — сказал Памир в интервью. Та же организация исследует дистанционные и неразрушающие методы анализа эффективности солнечных батарей.

Компания Pamir охарактеризовала модель как «упрощённую, но надёжную систему» для оценки температуры фотоэлектрических модулей непосредственно по электрическим параметрам с использованием коэффициента сдвига, который адаптируется к реальным условиям. По словам представителей Pamir, модель была протестирована в сравнении с признанными моделями, такими как Sandia, Faiman и IEC 60904-5, и продемонстрировала «высокую практическую ценность для крупномасштабного мониторинга, особенно в условиях высокой освещённости и температуры».

При сравнении четырёх моделей команда обнаружила, что модель с коэффициентом сдвига, использующая Voc, обеспечивает наименьшую среднеквадратичную ошибку (RMSE) в 1,600 C, превосходя стандарт IEC 60904-5, который составляет 1,639 C, Sandia с 2,510 C и Faiman с 3,688 C.

Для сравнения результатов использовались данные непрерывного мониторинга электрических выходов установки для испытаний на открытом воздухе в научно-исследовательском центре DEWA в Дубае. В установке использовались различные фотоэлектрические модули, оснащённые датчиками температуры, в автономной конфигурации с углом наклона 25 градусов.

По словам команды, метод IEC 60904-5 обеспечивает «немного более высокую точность» и меньшую централизованную среднеквадратичную ошибку, но при этом имеет более высокий коэффициент смещения. Кроме того, он ограничен тем, что опирается исключительно на Voc, который не всегда доступен в коммерческих системах, в то время как коэффициент сдвига может использовать Voc или Vmp — параметр, который «регулярно регистрируется» фотоэлектрическими инверторами с помощью отслеживания точки максимальной мощности (MPPT), отметили исследователи.

Далее они отметили, что предложенная модель Shift-Factor «легко адаптируется» к другим технологиям производства кремниевых и тонкоплёночных фотоэлектрических элементов, включая двусторонние конфигурации. Это связано с тем, что модель «получена эмпирическим путём и не зависит от тепловых параметров модуля или предположений о теплопередаче», — заявили они.

Исследовательская группа DEWA в настоящее время интегрирует эту модель в более широкие среды цифровых двойников для фотоэлектрических систем. «Следующий этап посвящен предиктивной диагностике и оптимизации на системном уровне с целью повышения долгосрочной надежности и прогнозирования выработки энергии для крупных солнечных электростанций, работающих в пустынном климате», — сказал Памир.

Аккумулятор TROJAN T105

Исследователи с Ближнего Востока разработали контроллер на основе нечёткой логики, который одновременно оптимизирует угол наклона фотоэлектрических систем и выполняет отслеживание точки максимальной мощности (MPPT). Моделирование в течение года показало, что предложенный подход увеличивает выработку электроэнергии примерно на 20%.

Группа учёных из Университета принца Мухаммеда ибн Фахда в Саудовской Аравии исследовала возможность использования контроллера с нечёткой логикой (FLC) для одновременной оптимизации угла наклона фотоэлектрических панелей и отслеживания точки максимальной мощности (MPPT).

«Новизна данного исследования заключается в том, что в нём представлен интеллектуальный метод оптимизации, основанный на управлении с помощью нечёткой логики, при котором угол наклона фотоэлектрических панелей может динамически регулироваться в зависимости от изменений окружающей среды, — рассказала автор исследования Нивин Гулер в интервью журналу PV. — В отличие от стандартных систем, в которых используются фиксированные или периодически изменяемые углы наклона, в нашей системе угол наклона будет постоянно меняться в зависимости от положения солнца, что позволит повысить выходную мощность и эффективность системы без использования сложных механических систем слежения».

Используя среду Simulink на базе MATLAB, группа тестировала работу FLC в течение всего года.

В отличие от классических контроллеров, которые работают в дискретных терминах true или false или 1 и 0, FLC анализирует входные данные в логических терминах от 0 до 1. Что касается MPPT-части контроллера, она принимает два входных сигнала: ошибку, которая представляет разницу между фактическим выходным напряжением PV и опорным напряжением, и изменение ошибки, которое указывает, насколько быстро эта ошибка меняется. Выходной переменной в этом случае является рабочий цикл, то есть управляющий сигнал, посылаемый на понижающий преобразователь для регулировки напряжения. В случае с углом наклона FLC принимает в качестве входных данных яркость и температуру в режиме реального времени и выдает угол наклона, при котором достигается максимальный захват излучения.

Система была смоделирована для работы в неизвестном месте в период с 1 марта 2023 года по конец февраля 2024 года. В этот период интенсивность солнечного излучения варьировалась от 2048 кВт·ч/м² до 10 007 кВт·ч/м². Оптимальные углы наклона за 12 месяцев, начиная с марта и заканчивая февралём, составили 28,4°, 16,4°, 12,4°, 9,4°, 20,4°, 21,4°, 22,4°, 28,4°, 32,4°, 39,4°, 38,4° и 35,4° соответственно. Общий объём электроэнергии, выработанной фотоэлектрической системой, составил от 38,33 до 210,92 кВт⋅ч.

«Степень повышения эффективности за счёт использования адаптивной нечёткой логики стала одним из самых неожиданных результатов, особенно в условиях частичной облачности или неидеального освещения, — добавил Гюлер. — Система показала увеличение выработки энергии на 20–25 % по сравнению с системами с фиксированным углом наклона, при этом она стабильна и требует небольших вычислительных затрат».

Исследователи обнаружили, что средняя эффективность отслеживания нечёткого контроллера MPPT составляет 89,25 %, или 17,836 Вт из ожидаемых 19,82 Вт. По сравнению с традиционным методом P&O предложенный метод на основе FLC позволил увеличить выходную мощность на 20 %, что, по мнению исследовательской группы, подтверждает его надёжность и высокую эффективность отслеживания. «Эти результаты свидетельствуют о надёжности, гибкости и в целом высоком потенциале предлагаемой системы управления фотоэлектрическими элементами на основе FLC для сбора солнечной энергии», — добавили они.

В заключение Гюлер заявил, что в ближайшем будущем исследовательская группа сосредоточится на интеграции прогнозирования использования возобновляемых источников энергии с алгоритмами машинного обучения для улучшения контроля и повышения производительности солнечных систем. Они также экспериментируют с гибридными моделями оптимизации, которые сочетают в себе нечёткую логику и искусственные нейронные сети, чтобы ещё больше повысить точность сбора энергии в изменяющихся климатических условиях.

Результаты исследования были представлены в статье «Оптимизация угла наклона солнечных панелей с помощью нечёткой логики для фотоэлектрической системы», опубликованной в Franklin Open. В исследовании приняли участие учёные из Университета принца Мухаммеда бин Фахда в Саудовской Аравии, Технологического университета Бархейна, Кувейтского технического колледжа и Стамбульского университета Айдын в Турции.

Аккумулятор TROJAN T105

Солнечные элементы сочетают в себе многослойный графен и кремниевые пластины, которые улавливают как солнечную, так и кинетическую энергию для непрерывной работы. Тесты показали, что элементы могут автономно питать суперконденсаторы, встроенные в датчик температуры.

Исследователи из Арканзасского университета в США создали солнечный элемент на основе графена, который можно использовать в приложениях Интернета вещей (IoT).

Устройство было разработано в рамках исследовательского проекта, направленного на создание автономных сенсорных систем, которые получают энергию из различных источников окружающей среды, включая солнечную, тепловую, акустическую, кинетическую, нелинейную и фоновое излучение.

Графен широко используется в исследованиях в области солнечной энергетики для разработки прозрачных электродов, контактов, транспортных слоёв, а также антибликовых или защитных покрытий. Это полуметалл с нулевой шириной запрещённой зоны, который может поглощать лишь около 2,3 % видимого света на слой и, следовательно, сам по себе не способен эффективно улавливать солнечную энергию. Однако его уникальные электронные и оптические свойства обеспечивают интересное фотоэлектрическое поведение при использовании в других устройствах.

«Исследователи опробовали различные методы повышения эффективности преобразования энергии в этих солнечных элементах, в том числе оптимизировали толщину графеновых листов, усовершенствовали процесс интеграции с кремниевой подложкой, добавили дополнительные межфазные материалы, легировали кремниевые подложки, использовали текстурированные кремниевые поверхности и кремниевые нанопроволоки», — объяснили учёные.

Они также отметили, что графеновые солнечные элементы были выбраны вместо обычных высокоэффективных фотоэлектрических элементов, поскольку графен может накапливать кинетическую энергию, что позволяет устройству работать даже при отсутствии солнечного света.

Для создания ячейки учёные использовали имеющиеся в продаже кремниевые пластины n-типа толщиной 500 мкм, покрытые толстым термическим оксидным слоем. Верхний оксидный слой был сформирован и вытравлен непосредственно на чистом кремнии, а на чипе был нанесён второй рисунок, после чего было выполнено осаждение металла для создания двух золотых контактных площадок. Затем на открытый кремний и верхнюю контактную площадку был нанесён многослойный графен.

«Благодаря прозрачности графена свет проходит сквозь него и поглощается кремниевой подложкой», — объяснила исследовательская группа, отметив, что элементы были соединены последовательно в рамках небольшого массива. «Выбирая и соединяя последовательно различные солнечные элементы, мы можем зарядить накопительные конденсаторы до необходимого уровня напряжения».

Для системы датчиков температуры команда решила использовать суперконденсаторы вместо аккумуляторов, чтобы снизить общее энергопотребление и продлить срок службы. Три накопительных конденсатора выполняют разные функции.

Лабораторные испытания показали, что система работает автоматически без внешнего питания. Она основана на процессоре, который большую часть времени находится в режиме ожидания и активируется лишь на короткое время. «Накопительные конденсаторы непрерывно питают нашу систему датчиков температуры, даже когда они периодически подзаряжаются от солнечных батарей», — подчеркнули учёные.

Система была описана в статье «Массив мини-графеново-кремниевых солнечных элементов периодически перезаряжает накопительные конденсаторы, питающие датчик температуры», опубликованной в Journal of Vacuum Science & Technology B.

«Статья подтверждает, что можно создать датчик температуры со сверхнизким энергопотреблением, используя солнечную энергию на основе графена», — заключили учёные.

Аккумулятор FIAMM 12 FLB 400 P

В то время как солнечные модули и аккумуляторы стали символами стремительного прогресса, большинство энергетических моделей по-прежнему застряли в прошлом. Новый глобальный анализ показывает, что стоимость возобновляемых источников энергии снижается гораздо быстрее, чем ожидалось. Солнечные фотоэлектрические системы, ветряные электростанции и аккумуляторные технологии уже достигли ценового уровня, который, согласно прогнозам, должен был появиться на много десятилетий позже. Этот необоснованный пессимизм может привести к нерациональному расходованию миллиардов долларов на инвестиции в борьбу с изменением климата и исказить долгосрочные стратегии декарбонизации.

Точное прогнозирование стоимости технологий является краеугольным камнем эффективного планирования энергетического перехода. Несмотря на стремительное снижение стоимости технологий возобновляемой энергетики, большинство энергетических моделей и политических анализов по-прежнему основаны на устаревших предположениях.

Новое исследование, проведённое учёными из Кентерберийского университета, Университета Лаваля, Немецкого аэрокосмического центра (DLR) и Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), под названием «Не слишком ли мы пессимистичны? Прогнозы стоимости солнечной фотоэлектрической энергии, энергии ветра и аккумуляторов завышают реальные затраты во всём мире», опубликованное в Applied Energy, представляет собой систематический обзор 40 исследований и 150 долгосрочных сценариев развития технологий возобновляемой энергетики. Мы сравнили их прогнозируемые затраты (с поправкой на инфляцию в долларах США 2023 года) с реальными рыночными данными и обнаружили устойчивую тенденцию: прогнозы затрат слишком пессимистичны.

Стоимость солнечных панелей и аккумуляторов падает быстрее, чем камень

В случае с солнечной фотоэлектрической энергией, которая лежит в основе энергетического перехода, разрыв между прогнозируемыми и реальными затратами особенно заметен. По оценкам большинства исследований, к 2050 году стоимость фотоэлектрических систем промышленного масштаба составит от 160 до 630 долларов за кВт. Однако сегодня средний мировой показатель уже составляет около 500 долларов за кВт и может быть ещё ниже, как указано в последнем отчёте о тенденциях МЭА-PVPS. Похоже, будущее наступило на несколько десятилетий раньше. Несмотря на различные попытки в прошлом указать на риск недооценки технологий возобновляемой энергетики и, в частности, солнечной фотоэлектрической энергии, предпринятые, например, Викторией и др., Джаксой-Розен и Трутневите и Сяо и др., эта проблема сохраняется во всех энергетических сценариях.

Эта переоценка затрат имеет значение. Во многих моделях энергетических систем из-за завышенных затрат солнечная энергетика выглядит менее конкурентоспособной по сравнению с ископаемым топливом, что приводит к более консервативному подходу к политике и недостаточному инвестированию в интеграцию в энергосистему и хранение энергии. То же самое относится к аккумуляторным системам хранения энергии, где сегодняшние затраты уже ниже, чем в большинстве прогнозов на 2030 год.

Почему прогнозы остаются консервативными

Проблема заключается не столько в производительности технологий, сколько в предположениях, лежащих в основе моделей. Многие прогнозы затрат по-прежнему основаны на устаревших предположениях и непоследовательных региональных факторах, таких как темпы обучения и затраты на нематериальные активы, которые могут искажать реальную картину сокращения капитальных затрат.

Распространённым ограничением является использование единых ставок дисконтирования для всех стран. При этом не учитываются региональные условия финансирования, профили рисков и структура льготных тарифов, которые существенно влияют на реальную экономику проектов в сфере возобновляемой энергетики. В действительности стоимость капитала для солнечной электростанции в Германии существенно отличается от стоимости капитала в Индии или Чили, однако во многих моделях по-прежнему используется единая глобальная стоимость капитала. Проблемы, связанные с энергетическими сценариями, могут быть связаны не столько с определением правильной стоимости капитала на текущий момент, сколько с тем, как лучше спрогнозировать её на будущее, зачастую на десятилетия вперёд, как это обсуждается исследователями.

В то время как темпы освоения солнечных фотоэлектрических систем и аккумуляторов, как правило, остаются относительно стабильными с течением времени, количество совокупных удвоений и, следовательно, масштаб снижения затрат часто устанавливаются слишком консервативно при прогнозировании. Такие упрощения могут исказить оценку уровняized cost of electricity (LCOE), из-за чего возобновляемые источники энергии могут казаться более дорогими, чем они есть на самом деле, а в других случаях могут не учитываться условия, при которых затраты могут быть ещё ниже (особенно на рынках с высоким уровнем внедрения и низким уровнем риска). В результате возникает систематическая ошибка, которая сужает диапазон ожидаемых затрат и недооценивает реальные темпы технологического прогресса.

Данные из обновленных наборов данных

Обнадеживает тот факт, что новые наборы данных постепенно набирают популярность. Например, в ежегодном технологическом обзоре Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США (NREL) прогноз стоимости фотоэлектрических систем промышленного масштаба на 2050 год был снижен более чем на 50 % по сравнению с изданиями 2015 и 2024 годов. Однако даже эти улучшенные оценки все еще отстают от реальных рыночных тенденций.

Аналогичную тенденцию можно наблюдать в наземной и морской ветроэнергетике. Хотя в прогнозах и говорится о снижении затрат, они часто недооценивают скорость этого снижения. Морская ветроэнергетика, в частности, остается нестабильной отраслью с более высокими капитальными затратами из-за сложности инфраструктуры и цепочки поставок, однако ее долгосрочный потенциал для обучения остается высоким, учитывая значительный потенциал развертывания вдоль густонаселенных береговых линий по всему миру.

Последствия для моделирования энергосистем

Прогнозирование затрат — это не просто теоретическая работа. Оно напрямую влияет на то, как национальные и международные модели планируют и расставляют приоритеты для будущих энергосистем, а также определяют, куда направлять миллиардные инвестиции.

Когда модели основаны на консервативных предположениях, возобновляемые источники энергии кажутся менее конкурентоспособными, а дополнительные технологии, такие как «зелёный» водород, преобразование энергии в топливо, химикаты и материалы, а также электромобили, — менее жизнеспособными. Это, в свою очередь, может ввести политиков и инвесторов в заблуждение и заставить их выбирать более дорогостоящие и медленные пути перехода.

На практике недооценка будущего снижения затрат не просто искажает представление о технологическом потенциале, но и может привести к миллиардным убыткам, которых можно было бы избежать. Откладывая внедрение возобновляемых источников энергии, страны рискуют застрять в инфраструктуре, основанной на ископаемом топливе, упустить возможности получения более дешёвой чистой энергии и повысить долгосрочные цены на энергоносители для потребителей.

Устаревшие представления о затратах также могут привести к задержке внедрения технологий, которые уже сегодня конкурентоспособны с точки зрения затрат. Другими словами, они не только замедляют переход, но и удорожают его.

Призыв обновить предположения

Анализ показывает, что реальные инновации постоянно опережают прогнозы. Солнечные фотоэлектрические модули, аккумуляторы и связанные с ними технологии совершенствуются быстрее, становятся дешевле и масштабируются быстрее, чем ожидалось. Чтобы модели и стратегии оставались надёжными, базы данных о затратах должны часто и прозрачно обновляться с учётом региональных ставок дисконтирования и эмпирически обоснованных кривых обучения.

В противном случае мы рискуем спроектировать будущее, которое уже устарело. Рынки готовы строить энергетическую систему будущего уже сегодня, и прогнозы затрат должны отражать эту динамику. Энергетический переход не будет ждать, пока слишком медленные прогнозы наверстают упущенное. Вывод очевиден: модели должны развиваться так же быстро, как и технологии, которые они призваны прогнозировать.

Заглядывая в будущее

Темпы снижения стоимости солнечных фотоэлектрических систем, ветряных электростанций и аккумуляторов продолжают превосходить ожидания благодаря их повсеместному внедрению, совершенствованию цепочек поставок и улучшению финансовых условий. Вопрос уже не в том, станут ли эти технологии дешевле, а в том, насколько быстро они подешевеют и смогут ли применяемые модели и стратегии идти в ногу со временем.

Чтобы не зацикливаться на устаревших предположениях, базы данных о затратах должны развиваться так же быстро, как и технологии, которые они описывают: их нужно часто обновлять, адаптировать к региональным условиям и учитывать реальный опыт, который уже есть на мировых рынках.

Консервативные оценки могут показаться осторожными, но на практике они могут привести к задержке инвестиций, замедлению электрификации и увеличению долгосрочных затрат на систему, став причиной дорогостоящих колебаний. Точные и динамичные предположения необходимы для планирования будущего, которое будет соответствовать скорости внедрения инноваций. Энергетический переход уже начался, о чем свидетельствует тот факт, что более 90 % всех новых энергетических мощностей приходится на возобновляемые источники энергии.

Аккумулятор FIAMM FG 21803

Калифорнийская компания Apparent Inc. представила новый водонагреватель, который, по некоторым данным, может на 100 % компенсировать расходы на нагрев воды в доме. Система использует низковольтное электричество постоянного тока, вырабатываемое обычными солнечными панелями, и облачную платформу машинного обучения, которая управляет энергопотреблением в режиме реального времени.

Американский стартап Apparent Inc. представил солнечный водонагреватель, работающий от постоянного тока (DC) и предназначенный для использования в жилых помещениях.

Система полностью автономна и работает от стандартных фотоэлектрических панелей. По словам представителей компании, она может быть оснащена четырьмя солнечными модулями для автономной работы или интегрирована в гибридную систему, подключённую к сети.

Фотоэлектрические модули подают низковольтное постоянное напряжение непосредственно на запатентованный нагревательный элемент из сплава, который вырабатывает тепло и передает его воде в резервуаре. Компания Apparent утверждает, что ее усовершенствованный нагревательный элемент из сплава обеспечивает на 30 % большую теплоемкость и более длительное сохранение температуры, хотя другие технические характеристики не разглашаются.

Система также оснащена igOS — платформой управления на основе искусственного интеллекта, которая служит инструментом для двунаправленного управления спросом. Платформа использует данные в реальном времени и приложение для смартфона, чтобы оптимизировать работу системы и управлять распределёнными энергоресурсами, включая реальную и реактивную мощность.

Компания Apparent утверждает, что при надлежащем обслуживании водонагреватель прослужит от 10 до 15 лет.

«Система на 100 % независима от сети, что обеспечивает критически важную энергетическую устойчивость. Даже во время отключения электроэнергии она продолжает подавать горячую воду и вырабатывать электроэнергию», — заявили в компании, добавив, что продукт полностью производится в США.

Аккумулятор FIAMM FG 21202

Исследователи из Китая разработали крупномасштабную фотоэлектрическую тепловую насосную систему с использованием метода жидкостной подпитки, который, как сообщается, повышает как тепловую, так и электрическую эффективность. Полевые испытания показали увеличение выработки электроэнергии на 4,81 % и значительное снижение потерь давления по сравнению с обычными системами.

Исследовательская группа из Даляньского технологического университета (ДТУ) в Китае изучила эксплуатационные характеристики крупномасштабной фотоэлектрической тепловой (ФВТ) системы тепловых насосов с использованием метода подачи жидкости.

В отличие от обычных систем с непосредственным испарением, в которых расширительный клапан направляет смесь жидкого и газообразного хладагента непосредственно в модули PVT, в системе с перепускным клапаном происходит разделение газовой и жидкой фаз. В модули PVT направляется только жидкий хладагент, что снижает нагрузку на компрессор и повышает тепловые и электрические характеристики.

«Система подачи хладагента обеспечивает лучшее смачивание стенок и максимально эффективное использование поверхности теплообмена, — объяснила команда. — Она также позволяет компрессору всасывать пары с более высокой плотностью, увеличивая скорость потока хладагента и теплопередачу системы. Кроме того, меньший массовый расход паров в испарителях минимизирует потери давления, что ещё больше оптимизирует работу компрессора».

В отличие от системы прямого расширения, в которой компрессор всасывает перегретый пар, метод перепуска позволяет компрессору всасывать насыщенный пар с более низкой температурой. Пар с более высокой плотностью повышает индикаторный КПД компрессора и обеспечивает более интенсивный процесс сжатия.

Система была внедрена в 2023 году в общежитии ДГТУ в рамках проекта по созданию централизованных душевых для студентов. На крыше общежития под углом 40° к югу были установлены 84 модуля PVT мощностью 450 Вт каждый. Модули были разделены на шесть групп по 14 штук и подключены параллельно через подающие и обратные патрубки. Установка также включает в себя тепловой насос с четырьмя спиральными компрессорами, каждый из которых имеет производительность 37,7 м³/ч и мощность 7,3 кВт.

Конденсатор теплового насоса имеет мощность 54 кВт и дополнен резервуаром на 100 л и ресивером на 460 л. В системе используется хладагент R134a. Также в комплект входят центробежный маслоотделитель и механический насос производительностью 10,0 м³/ч и мощностью 3,0 кВт. На первом этаже находится теплоаккумулирующая станция с резервуаром для воды объемом 32,0 м³, в котором хранится горячая вода, собранная с крыши. Эта горячая вода подаётся в душевые кабины с помощью двух насосов, а за преобразование электроэнергии отвечает струнный инвертор мощностью 40 кВт.

Во время работы фотоэлектрические панели вырабатывают как электричество, так и тепло. Хладагент R134a циркулирует по панелям, поглощая тепло, а затем поступает в ресивер, где пар отделяется и поднимается к компрессору, а жидкость остаётся на дне. Компрессор нагнетает пар, который затем проходит через конденсатор, передавая тепло воде, используемой для душа. После выделения тепла хладагент снова конденсируется и превращается в жидкость, которую механический насос возвращает в фотоэлектрические панели. Электроэнергия, вырабатываемая фотоэлектрическим слоем, питает компоненты системы, такие как насос и компрессор. Полевые испытания проводились в течение двух дневных сессий в мае 2025 года.

«Эффективность выработки энергии фотоэлектрическими модулями повысилась примерно на 3 % в пасмурные дни и на 4,81 % в солнечные дни, — заявили исследователи. — Однако в периоды высокой влажности окружающей среды ранним утром и ближе к вечеру эффективность снижалась из-за образования конденсата на поверхности фотоэлементов, который рассеивал солнечный свет и уменьшал эффективное излучение. Рекомендуется не использовать фотоэлектрические тепловые насосы в это время».

Команда также оценила равномерность распределения хладагента с помощью индекса неоднородности температуры возврата. Неоднородность составила 0,3 % в группах PVT и 0,2 % в модулях. «Средняя потеря давления в модуле составила 26,1 кПа в пасмурный день и 25,9 кПа в солнечный день — всего от 24,6 % до 32,5 % от значений, указанных в существующих исследованиях», — отметили исследователи.

Их выводы изложены в статье «Эксплуатационные характеристики крупномасштабной фотоэлектрической теплонасосной системы с методом жидкостной подпитки», опубликованной в Energy. В исследовании приняли участие учёные из китайского Даляньского технологического университета, Северо-Западного архитектурного проектно-исследовательского института Китая и Университета Цинхуа.

Аккумулятор FIAMM FG 22703

Ученые из Китая разработали новую модель глубокого обучения, основанную на так называемом алгоритме “Вы смотрите только один раз”, который требует только одного прямого прохождения через нейронную сеть для составления прогнозов,

Объекты, обнаруженные с помощью алгоритма YOLO

Исследователи из Китая разработали новую модель глубокого обучения для выявления дефектов в фотоэлектрических панелях.

Этот метод использует изображения в видимом спектре с высоким разрешением для выявления дефектов с помощью алгоритма, основанного на системе глубокого обучения You Only Look Once (YOLO), которая делает прогнозы всего за один проход через нейронную сеть.

Новый метод также включает в себя гибридный преобразователь внимания в межэтапном частичном узком месте в сочетании с двумя свёрточными базовыми моделями.

«Опираясь на YOLOv8, мы представляем новый модуль нейронной сети HAT-C2f и перепроектируем базовый компонент, — объяснили исследователи. — В шейп-секции обычный модуль C2f заменён на архитектуру RepNCSPELAN4 — эффективную конструкцию слоёв с заданными размерами каналов, повторениями и свёртками, — а перед блоком обнаружения добавлен механизм SKAttention».

Модуль HAT-C2f повышает способность базовой модели извлекать мелкие детали изображения, а интеграция RepNCSPELAN4 в шейп-модель улучшает агрегацию признаков, позволяя системе обнаруживать объекты разных размеров. Добавление SKAttention в блок обнаружения позволяет модели адаптироваться к разным масштабам.

Модель под названием YOLO-HRS была протестирована на 6500 размеченных изображениях в видимом спектре, взятых с платформы для соревнований по науке о данных и из онлайн-сообщества Kaggle. Изображения были разделены на четыре категории: чистые, с пылью, с трещинами и с птичьим помётом. Около 80 % изображений использовались для обучения, а остальные 20 % — для проверки. Модель YOLO-HRS была протестирована в сравнении с более ранними моделями YOLO и современными алгоритмами обнаружения объектов. Также были проведены абляционные исследования, в ходе которых отдельные компоненты модели оценивались независимо друг от друга.

Анализ показал, что YOLO-HRS обеспечивает точность 86,87 %, полноту 84,6 %, среднюю точность (mAP) при соотношении пересечения и объединения (IoU) 0,5, равную 88,98 %, и mAP@0,5:0,95, равную 77,08 %.

Исследования методом исключения показали значительное повышение производительности при обнаружении объектов, а сравнение с другими моделями продемонстрировало превосходство YOLO-HRS над ними. Например, при mAP@0,5 только YOLOX приблизился к его показателям с результатом 85,59 %, в то время как RT-DETR, Faster-RCNN, NanoDet и RetinaNet набрали 79,34 %, 66,29 %, 64,16 % и 69,54 % соответственно.

По сравнению с базовой моделью YOLOv8, YOLO-HRS показала улучшение на 3 % в mAP@0,5.

«Таким образом, модель была экспериментально протестирована с использованием изображений фотоэлектрических панелей в видимом спектре, что подтвердило её высокую надёжность и точность, — заключила команда. — YOLO-HRS обеспечивает точное обнаружение дефектов в фотоэлектрических панелях, работающих в видимом спектре, и является более надёжным решением для практического применения».

В перспективе исследователи планируют дальнейшую оптимизацию и расширение возможностей YOLO-HRS.

«Во-первых, мы усовершенствуем архитектуру модели и протестируем её на различных наборах данных, включая инфракрасные и электролюминесцентные изображения, чтобы оценить её применимость в разных сценариях. Во-вторых, мы стремимся разработать облегчённые структуры, в том числе новые методы понижающей дискретизации и извлечения признаков, чтобы улучшить баланс между точностью и размером модели. Наконец, изучение междоменных приложений и методов обучения без учителя может снизить зависимость от больших наборов аннотированных данных», — заявили они.

Новый метод был представлен в статье «Новая модель глубокого обучения для обнаружения дефектов в фотоэлектрических панелях с использованием визуализации в видимом свете», опубликованной в Инженерных приложениях искусственного интеллекта. Исследование было проведено учёными из Чжэцзянского университета финансов и экономики и Ханчжоуского университета Дяньцзы.

Аккумулятор FIAMM FG 20722

Немецкая компания заявила, что её новое устройство оснащено входом постоянного тока, поддерживающим фотоэлектрическую мощность до 3 кВт. Мощность нагрева можно плавно регулировать в диапазоне от 0 до 1000 Вт. Нагревательный элемент стоимостью 549 евро (635 долларов США) с учётом НДС предназначен для накопительных водонагревателей объёмом до 500 л.

Компания Fothermo System представила ROD-1000 — новый фотоэлектрический погружной нагреватель, предназначенный для производства горячей воды для бытовых нужд с помощью фотоэлектрических элементов. По данным компании, устройство имеет вход постоянного тока, поддерживающий выходную мощность модуля до 3000 Вт, а мощность нагрева плавно регулируется в диапазоне от 0 до 1000 Вт.

Избыточная солнечная энергия может направляться либо во вторичный погружной водонагреватель, либо в бытовую сеть через микроинвертор. Система автоматически переключается, как только в накопительном баке для горячей воды достигается заданная максимальная температура.

Разработанный и изготовленный в Ульме, Германия, ROD-1000 подходит для резервуаров для хранения горячей воды объемом до 500 л. Он также может служить дополнением к существующим газовым, масляным, пеллетным или теплонасосным системам. Устройство включает в себя высокоэффективное отслеживание MPP и прямое преобразование постоянного тока в тепло, что позволяет работать даже при низкой фотоэлектрической мощности.

При использовании воды, не содержащей известь, система может нагреваться до 85 °C, а при использовании обычной воды — до 65 °C. Нагревательный элемент погружается на глубину 295 мм, весит 0,9 кг и имеет размеры 468 мм x 154 мм x 140 мм. Он предназначен для горизонтальной установки.

ROD-1000 — это готовое к использованию решение: солнечные модули подключаются напрямую через разъёмы MC4, при этом не требуется электромонтаж или регистрация системы, поскольку устройство работает автономно. Оно подходит для домов с населением от одного до четырёх человек, а также может быть установлено в уже существующие системы.

«С помощью ROD-1000 домохозяйства могут значительно сократить расходы на горячую воду и снизить нагрузку на системы отопления без регистрации и каких-либо изменений в электропроводке дома», — сказал генеральный директор Fothermo Мануэль Масенко.

Благодаря увеличенной фотоэлектрической конфигурации мощностью до 3 кВт и тепловой мощностью 1 кВт система обеспечивает достаточную мощность для нагрева воды даже при рассеянном свете. По внутренним расчетам Fothermo, ROD-1000 может вырабатывать от 900 до 2200 кВт·ч полезного тепла в год в зависимости от размера модуля, что эквивалентно примерно 14 000–34 000 л нагретой воды в год.

Розничная цена нового продукта составляет 549 евро (635 долларов США) с учётом НДС.

Аккумулятор FIAMM 12 FGHL 34

Группа учёных из Китая провела всесторонний анализ существующих недорогих методов мониторинга фотоэлектрических систем. Они обнаружили, что только в 11 из 88 исследований, посвящённых мониторингу фотоэлектрических систем, используется машинное обучение. Исследователи призывают научное сообщество уделять больше внимания простым решениям на основе машинного обучения и интеграции со смартфонами.

Датчики, расположенные сзади, на испытательном полигоне в Иньчуане позволяют техническим специалистам контролировать солнечное излучение на задней стороне двусторонних модулей.

Исследователи из Американского университета в Ираке провели систематический обзор литературы, посвящённой недорогим системам мониторинга фотоэлектрических (PV) установок. Они сосредоточились на аппаратном и программном обеспечении, системной интеграции, а также на проблемах и возможностях, которые откроются в будущем для этих систем.

«По мере распространения солнечной энергии, особенно в автономных и недостаточно обслуживаемых регионах, спрос на недорогие, но надёжные системы мониторинга фотоэлектрических систем становится всё более актуальным. Эти системы необходимы для обеспечения производительности, выявления неисправностей и поддержания долгосрочной эффективности работы там, где коммерческие решения неприменимы, — заявила команда. — В этом обзоре рассматриваются основные технологии, поддерживающие недорогой сбор данных (DAQ), в том числе микроконтроллеры, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), коммуникационные модули и программные платформы, а также такие аспекты проектирования, как точность, масштабируемость, энергопотребление и доступность для пользователей».

Обзор состоял из четырёх этапов: идентификация, проверка заголовков, проверка аннотаций и полнотекстовый обзор. Из 1139 исходных статей только 88 соответствовали критериям включения и были включены в итоговый систематический обзор. По данным команды, 2021 год стал пиковым для публикации соответствующих исследований, за ним следуют 2019 и 2022 годы.

В рассмотренных статьях затрагивался широкий спектр тем. Некоторые из них были посвящены датчикам, в том числе датчикам тока и напряжения, измерениям освещённости и температуры, а также построению вольт-амперных характеристик. В других рассматривались аппаратные компоненты, такие как микроконтроллеры, аналого-цифровые преобразователи и различные коммуникационные интерфейсы. Исследования, связанные с программным обеспечением, включали коммерческие инженерные платформы, решения с открытым исходным кодом и на базе микроконтроллеров, программное обеспечение, разработанное на заказ, а также специализированные инструменты для анализа и визуализации. Также был проведён систематический обзор коммуникационных протоколов, охватывающий проводные, беспроводные и гибридные подходы.

Исследователи определили три ключевые области значительного прогресса: интеграция Интернета вещей (IoT), применение машинного обучения (ML) и сами системы DAQ-PV. Что касается Интернета вещей, команда отметила, что такие системы снижают затраты на подключение и техническое обслуживание, обеспечивая при этом прогнозируемое техническое обслуживание и интеллектуальное управление энергопотреблением. Приложения ML были отмечены за их способность улучшать оптимизацию без необходимости в дополнительных датчиках. Исследователи заметили, что приложения DAQ-PV все чаще используются в различных фотоэлектрических установках для повышения эксплуатационных характеристик.

«Ключевые пробелы в исследованиях можно разделить на две категории: исследовательские практики и конструктивные ограничения», — отметила команда. «Во многих исследованиях не проводилось тестирование в стандартных условиях (Standard Test Conditions, STC), не сообщалось о неопределённости или показателях жизненного цикла, а также использовались ограниченные спецификации фотоэлектрических элементов. Конструктивные недостатки включали в себя АЦП с низким разрешением, отсутствие данных об окружающей среде, неполные вольт-амперные характеристики, зависимость от интернета, ограниченные пользовательские интерфейсы и минимальную интеграцию машинного обучения, которая присутствовала только в 11 из рассмотренных исследований».

Несмотря на эти трудности, учёные пришли к выводу, что эта область открывает широкие возможности. «В будущем следует изучить периферийные вычисления, упрощённое машинное обучение для встраиваемых систем, модульные и специализированные системы сбора данных, интеграцию со смартфонами и технологии цифровых двойников. Более широкое использование машинного обучения в мониторинге фотоэлектрических систем может значительно повысить интеллектуальность, масштабируемость и доступность систем», — заявили они.

Обзор был опубликован в статье «Систематический обзор недорогих систем мониторинга фотоэлектрических систем: технологии, проблемы и возможности», опубликованной в Renewable and Sustainable Energy Reviews.