Наночастицы диоксида кремния, полученные из отработанных солнечных элементов, повысили емкость графитовых анодов литий-ионных аккумуляторов в ходе лабораторных испытаний.

Исследователи, получившие финансирование от южнокорейской программы по переработке солнечных панелей, получили наночастицы диоксида кремния диаметром в среднем 109 нанометров (нм) из силиката натрия, полученного из отработанных солнечных элементов. Они обнаружили, что добавление этих частиц в графитовые аноды повышает емкость аккумулятора.

Команда провела реакцию кремнийсодержащего порошка из отработанных панелей с гидроксидом натрия и водой, чтобы получить раствор силиката натрия. Затем они использовали этот раствор в качестве исходного материала для модифицированного процесса Штобера — метода, при котором частицы диоксида кремния выращиваются в щелочной смеси аммиака и спирта.

В более ранних исследованиях, в которых диоксид кремния получали из силиката натрия, используемого в солнечных батареях, в основном применялось кислотное осаждение, которое, по словам исследователей, приводит к образованию слипшихся частиц. Щелочной метод позволил получить сферические частицы с ограниченной склонностью к слипанию, без использования поверхностно-активных веществ или полимерных добавок.

Размер частиц, полученных из отходов солнечной энергетики, в среднем составил 109 нм по сравнению с 97 нм у частиц, полученных из коммерческого силиката натрия в тех же условиях.

Исследователи протестировали материал в лабораторных полуэлементах, в которых тестовый анод соединен с литий-металлическим противоэлектродом. Анод, состоящий на 95% из графита и на 5% из диоксида кремния, показал емкость 370,34 мА·ч/г после 100 циклов при силе тока 0,1 А/г по сравнению с 308,24 мА·ч/г у чистого графита. Кулоновская эффективность смешанного анода в первом цикле, то есть доля заряда, восстановленного в первом цикле, составила 86,17 % по сравнению с 79,14 % для чистого графита. При более высоком токе в 1,0 А/г смешанный анод сохранил 24,6 % своей емкости, что примерно в два раза больше, чем 12,5 % у чистого графита.

Элементный анализ показал, что в кремнеземе содержится около 4 % натрия и менее 1 % алюминия. Исследователи связали это с остатками прекурсоров и отходами производства панелей. По их словам, уровень примесей в готовом электроде был слишком низким, чтобы заметно повлиять на его характеристики, при этом они отметили, что их метод измерения является полуколичественным.

Кремнезем тестировался в исходном виде, без преобразования в кремний, который может удерживать гораздо больше лития. По словам исследователей, в будущем необходимо сосредоточиться на превращении наночастиц в кремний и тестировании их в качестве кремниевых анодных материалов.

Исследование под названием «Синтез наночастиц диоксида кремния из отслуживших свой срок солнечных панелей с помощью модифицированного процесса Штёбера для анодов литий-ионных аккумуляторов» было недавно опубликовано в Международном журнале электрохимической науки. Оно было профинансировано Корейским институтом окружающей среды, промышленности и технологий в рамках исследовательского проекта по переработке солнечных панелей Министерства климата, энергетики и окружающей среды Южной Кореи, а также за счет гранта Национального исследовательского фонда Кореи, предоставленного Министерством науки и информационно-коммуникационных технологий.

Аналогичные способы переработки солнечных батарей в материалы для аккумуляторов были опробованы в других странах, в том числе исследователями из Австралии в 2023 году. В Южной Корее исследователи из Национального университета Кёнсан в 2024 году разработали процесс извлечения высокочистого кремниевого порошка из отслуживших свой срок панелей для переработки в такие соединения, как оксид кремния. Правила расширенной ответственности производителей фотоэлектрических модулей, действующие в стране с 2023 года, позволили переработать 688 метрических тонн за первый год, что более чем в четыре раза превышает целевой показатель.

Challenger A12-55 https://invertory.ru/product/akkumuljator-challenger-a12-55/

Исследователи из Университета Сучжоу в Китае разработали портативную систему на солнечных батареях, которая преобразует соленую, мутную и загрязненную воду в питьевую с помощью электротермического испарителя и концентрированного солнечного света. Устройство произвело 1,64 литра чистой воды за восемь часов, достигнув энергоэффективности в 93,31%.

Исследовательская группа из Университета Сучжоу в Китае разработала портативное устройство на солнечных батареях, которое производит питьевую воду из мутной, соленой, маслянистой и высококислотной воды. Прототип за восемь часов произвел 1,64 литра чистой воды, используя поверхность испарения площадью всего 30,72 см2.

В системе используется процесс электротермического испарения, при котором нагревательный элемент с электрическим приводом нагревает поверхность, впитывающую загрязненную воду, в результате чего вода испаряется. Образовавшийся пар собирается и конденсируется в чистую воду, а соли и другие загрязняющие вещества остаются в исходной воде.

Главное новшество устройства — межслойный электротермический испаритель. Вместо того чтобы нагревать весь объем влажного материала, исследователи расположили нагревательный элемент во внутреннем слое конструкции.

Такая конфигурация снижает потери тепла в окружающую воду и воздух. Согласно исследованию, такая конструкция позволила снизить потери тепла и энергопотребление почти на две трети по сравнению с обычным электротермическим испарителем, работающим за счет объемного нагрева.

Система также использует два источника солнечной энергии.

Она оснащена складными солнечными батареями, которые вырабатывают электричество для питания электротермического испарителя, а также складной линзой Френеля, которая концентрирует солнечный свет непосредственно на поверхности испарения. В исследовании не указана номинальная мощность или электрические характеристики фотоэлектрической системы.

С учетом концентрированной солнечной энергии устройство достигло видимой энергоэффективности в 93,31 % и производительности по воде в 69,46 литра на квадратный метр в час.

Испытания на открытом воздухе показали, что прототип может производить 1,64 литра питьевой воды за восемь часов, используя поверхность испарения площадью 30,72 см2, что меньше площади стандартной банковской карты.

Исследователи протестировали систему с различными типами воды, в том числе с водой, содержащей осадок, загрязнённой нефтью, сильно засоленной и сильнокислой.

В испытаниях также использовалась настоящая морская вода, и исследователи анализировали образцы воды до и после обработки. Под воздействием концентрированного солнечного света система обеспечивала скорость испарения более 90 кг/м2 в час.

Устройство оснащено фотоэлектрическими модулями и оптической системой концентрации солнечного света, что позволяет ему работать без подключения к сети или внешнего источника топлива. По словам исследователей, эту систему можно использовать в районах, где традиционная инфраструктура водоснабжения повреждена или недоступна.

Они также предположили, что эта технология может служить портативным решением для очистки воды в чрезвычайных ситуациях, в том числе при наводнениях, землетрясениях и вооруженных конфликтах, когда доступ к безопасной питьевой воде может быть ограничен.

Исследователи представили свои выводы в статье «Межслойный электротермический испаритель, работающий от солнечной энергии, позволяющий мгновенно получать большое количество пресной воды в различных условиях», опубликованной в журнале Nature Water. В отдельные дни января и февраля 2025 года проводились испытания на открытом воздухе с использованием небольшого прототипа.

Результаты демонстрируют осуществимость концепции, но для оценки ее потенциала в крупномасштабном применении все еще необходимы более крупные системы и более длительное тестирование в реальных условиях.

Challenger A12-200 https://invertory.ru/product/akkumuljator-challenger-a12-200/

Международная исследовательская группа протестировала пять конструкций плоских тепловых трубок для охлаждения фотоэлектрических модулей и добилась снижения пиковой температуры поверхности на 8–32 °C. По оценкам исследователей, активное водяное охлаждение может увеличить годовую выработку электроэнергии на 2,2–3,6 % в условиях Эр-Рияда, Саудовская Аравия.

Иллюстрация плоской тепловой трубки для фотоэлектрических модулей Изображение: сгенерировано ИИ

Международная группа исследователей разработала и экспериментально протестировала пять прототипов плоских тепловых трубок для активного охлаждения фотоэлектрических модулей. Эти тепловые трубки предназначены для отвода тепла с задней поверхности и подачи его в компактный радиатор с активным охлаждением.

«В отличие от традиционных решений, которые в основном направлены на отвод большого количества тепла, в предлагаемой концепции используются плоские тепловые трубки в качестве распределителей тепла для выравнивания температуры и устранения локальных перегревов», — заявили исследователи. «Тепло собирается на большой площади модуля и передается в область локального охлаждения, что снижает температурные градиенты и локальные пиковые температуры».

Исследователи создали пять прототипов плоских тепловых трубок размером 1650 мм × 1000 мм, каждая из которых состоит из пластин из нержавеющей стали с полостями высотой около 2 мм, заполненными дистиллированной водой. Внутренняя сетка, проволочные вставки и опоры в виде ограждений способствовали возвращению жидкости и укрепляли конструкцию, а эпоксидный клей герметизировал вакуумные камеры.

Пять конфигураций различались внутренней структурой, толщиной пластин и содержанием воды. В «Модели 1500» использовалась гофрированная сетка для распределения капиллярной жидкости и проволочные вставки для сохранения расстояния между пластинами. В «Сэндвич лайт» использовались два слоя сетки с опорами в виде решеток, которые образовывали каналы для пара, а в «Сэндвич» — такая же конструкция, но с более толстыми пластинами толщиной 1 мм вместо 0,5 мм. В «Гибриде 1» чередовались гофрированная сетка и решетки, что позволяло сбалансировать возврат жидкости и перенос пара. В модели Hybrid 2 эта конструкция была сохранена, но объем воды был уменьшен вдвое — с 0,9 до 0,45 литра. Во всех остальных моделях использовалось 0,9 литра воды.

На автоматизированной установке использовались 32 нагревательные элемента для имитации неравномерного нагрева фотоэлектрических панелей при температуре от 50 до 100 °C. Прототипы тестировались при естественной конвекции при температуре 30° и 45°, а также при локальном водяном охлаждении при температуре 45° в сравнении с образцами без тепловых трубок. С помощью датчиков и инфракрасной визуализации оценивались теплопередача и равномерность температуры. Измеренное снижение температуры позволило использовать упрощенную модель фотоэлектрических панелей с данными о погоде в Эр-Рияде для оценки ежегодного прироста выработки электроэнергии.

«Экспериментальные данные показали лишь незначительные различия в тепловых характеристиках пяти моделей плоских тепловых трубок при исследуемых условиях эксплуатации», — заявили ученые. «В ходе испытаний наблюдалось снижение пиковой температуры поверхности примерно на 8-32 °C в зависимости от конфигурации прототипа и температуры нагревательной пластины».

Согласно полученным результатам, при применении системы активного водяного охлаждения в реальных условиях в Эр-Рияде, Саудовская Аравия, выработка энергии увеличилась на 2,2–3,6 %, в основном за счет системы активного охлаждения. Однако, по оценкам, гомогенизация температуры в плоских тепловых трубках может обеспечить теоретический прирост производительности до 4,5 %.

«Оценка показала потенциальное увеличение годового производства электроэнергии при заданных условиях», — заключили исследователи. «Результаты показывают, что плоские тепловые трубки являются эффективными распределителями тепла для фотоэлектрических систем, особенно для снижения температурных градиентов и предотвращения образования горячих точек».

Статья «Экспериментальная оценка плоских тепловых трубок с интегрированным активным охлаждением для снижения тепловых нагрузок в фотоэлектрических системах» опубликована в журнале Renewable Energy. В исследовании приняли участие ученые из Технологического университета Лаппеенранты и Лахти в Финляндии, Университета Фридриха-Александра в Эрлангене — Нюрнберге в Германии и компании Samirock из Саудовской Аравии.

Challenger EVG12-110 https://invertory.ru/product/akb-challenger-evg12-110/

Американские исследователи обнаружили, что сочетание бытовых тепловых насосов с термохимическими накопителями энергии может снизить потребность в электроэнергии в периоды похолодания. Повышение эффективности накопителей и производительности тепловых насосов может увеличить вклад тепловых накопителей в низкоуглеродные энергосистемы.

Исследовательская группа из Университета штата Пенсильвания в США провела оценку бытовых тепловых насосов в сочетании с термохимическими накопителями энергии (ТХНЭ) для длительного хранения энергии. Исследователи хотели выяснить, может ли накопление тепла перед наступлением холодов снизить потребность в электроэнергии для отопления, когда тепловые насосы становятся менее эффективными, а нагрузка на энергосистему возрастает.

«В этой статье мы моделируем систему термохимической конденсации и электролиза с использованием карбоната калия (K₂CO₃) в качестве термохимического материала (ТХМ)», — пояснили авторы. «Эта система может быть заблаговременно заряжена с помощью электрического теплового насоса и разряжена для обеспечения тепловой нагрузки здания в отопительный сезон». Оптимальная работа системы оценивается в самый напряженный период отопительного сезона на основе прогнозов на 2050 год».

Исследователи использовали моделирование и линейную оптимизацию для оценки работы воздушного теплового насоса в сочетании с теплоаккумулирующим элементом на основе карбоната калия и аккумуляторной батареей в частном доме площадью 220,82 м² в условиях Нью-Йорка. Почасовые прогнозы энергосистемы на 2050 год, в которой выбросы углекислого газа будут сокращены на 95 %, были преобразованы в переменные ограничения по потреблению электроэнергии в здании.

Модель TCES предполагала накопление тепла за счет обезвоживания соли и выделение тепла за счет гидратации. Для зарядки требовалась вода температурой около 80 °C, а для лучистого отопления во время разрядки — вода температурой 35 °C. Команда дополнительно оптимизировала почасовую работу системы, чтобы минимизировать потребление электроэнергии, при этом удовлетворяя потребность в отоплении и соблюдая лимит потребления электроэнергии.

Эталонные показатели эффективности зарядки/разрядки составили 45%/80% для теплоаккумулятора и 95%/95% для аккумулятора. В ходе 96 симуляций варьировались производительность теплового насоса, удельная тепловая мощность теплоаккумулятора и эффективность зарядки, чтобы оценить их влияние на требуемую емкость накопителей.

Согласно результатам, для эталонной системы потребовалось 68 кВт·ч тепловой энергии и 168 кВт·ч энергии в аккумуляторах, при этом аккумуляторы обеспечивали большую часть аккумулирования энергии. Более высокий коэффициент полезного действия теплового насоса в теплое время года (COP), улучшенная эффективность зарядки теплоаккумулирующих систем и более высокая удельная тепловая мощность благоприятствовали использованию теплоаккумуляторов, в то время как более высокий коэффициент полезного действия в холодное время года снижал требования к теплоаккумуляторам. В сценарии, наиболее благоприятном для использования теплоаккумуляторов, оптимальная емкость теплоаккумулирующей системы составила 894 кВт·ч.

«Эти результаты указывают на два потенциальных пути, по которым будущие исследователи и производители смогут обеспечить эффективное и длительное хранение энергии с помощью тепловых насосов и теплоаккумулирующих систем», — отметили ученые. «Первый подход предполагает повышение эффективности зарядки TCES с 45 % до 65 %, а второй — увеличение коэффициента полезного действия теплового насоса как минимум на 25 %, даже если в холодном климате он будет работать хуже».

По словам исследователей, дальнейшая разработка предложенной конфигурации может быть направлена на повышение удельной мощности системы аккумулирования тепла. Такие усовершенствования позволят системам аккумулирования тепла обеспечивать большую долю потребности в отоплении в периоды повышенной нагрузки на энергосистему, снижая зависимость от аккумуляторных батарей. Однако жизнеспособность комбинированной системы будет зависеть от повышения эффективности компонентов и возможности интеграции систем аккумулирования тепла с бытовыми системами отопления.

Challenger EVG12-100S https://invertory.ru/product/Challenger-EVG12-100S/

Исследователи из Китая разработали систему PV-TEG с автономным питанием, которая сочетает в себе обнаружение горячих точек, пассивное охлаждение и беспроводной мониторинг. Испытания на открытом воздухе показали, что погрешность определения местоположения горячей точки составляет 9,93 мм, температура снижается до 7,7 °C, а за 10 часов было выполнено около 45 беспроводных передач данных.

Модель системы

Исследовательская группа под руководством ученых из китайского Юго-Восточного университета разработала систему фотоэлектрических и термоэлектрических генераторов с автономным питанием (PV-TEG), которая объединяет в себе функции обнаружения горячих точек, локального терморегулирования и беспроводного мониторинга.

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) преобразуют тепло в электричество за счет эффекта Зеебека, который возникает, когда разница температур между двумя разнородными полупроводниками создает напряжение. ТЭГ широко используются в промышленности для рекуперации отработанного тепла и преобразования его в электричество. Однако высокая стоимость и ограниченная эффективность пока не позволяют широко использовать такие системы.

В системах фотоэлектрических преобразователей и термоэлектрических генераторов фотоэлектрические панели вырабатывают электроэнергию в течение дня, а термоэлектрические генераторы используют разницу температур для производства дополнительной электроэнергии.

«Ключевая инновация нашего исследования заключается в том, что мы вышли за рамки традиционной роли термоэлектрических генераторов в качестве устройств для сбора отработанного тепла, — рассказал автор исследования Цзинмин Цай. — Мы продемонстрировали, что электрические сигналы, генерируемые этими устройствами, также могут указывать на места возникновения тепловых аномалий в фотоэлектрическом модуле».

Цай рассказал, что, объединив четыре термоэлектрических генератора в компактную систему, исследователи разработали устройство, которое сочетает в себе локализацию горячих точек, пассивное управление температурным режимом, сбор энергии и беспроводной мониторинг. «По сути, мы превращаем отработанное тепло солнечных панелей в источник энергии и диагностической информации», — сказал он.

Сначала исследователи разработали трехмерную мультифизическую модель фотоэлектрической панели размером 500 мм × 500 мм, оснащенной четырьмя термоэлектрическими генераторами, установленными сзади, и алюминиевым радиатором. Модель учитывала теплопередачу и термоэлектрическое преобразование при базовых условиях: освещенности 1000 Вт/м2 и температуре окружающей среды 25 °C.

Команда разместила источник тепла размером 20 мм × 20 мм в девяти точках и сопоставила нормализованные изменения напряжения термоэлектрического генератора с координатами горячих точек. Затем они оценили точность локализации в трех дополнительных точках, сравнили эффективность охлаждения с эффективностью обычного фотоэлектрического модуля и оценили чувствительность к условиям окружающей среды и термическому контактному сопротивлению.

«Мультифизическое моделирование прояснило взаимосвязь между положением горячих точек, термоэлектрическим напряжением и локальным охлаждением», — заявили исследователи. «В разных местах расположения горячих точек возникали разные четырехканальные паттерны напряжения, что позволило количественно сопоставить нормализованные показатели напряжения с двумерными координатами. Моделируемое локальное снижение температуры составило от 8,15 К до 12,40 К».

Затем исследователи провели испытания на открытом воздухе в Тайчжоу, на востоке Китая, установив систему фотоэлектрических преобразователей и термоэлектрических генераторов на крыше телекоммуникационного объекта. Они следили за температурой ТЭГ, напряжением суперконденсатора и событиями беспроводной передачи данных примерно с 8:00 до 18:00. Электроника мониторинга активировалась, когда напряжение на конденсаторе достигало 4,0 В, и отключалась при напряжении 2,8 В, чтобы обеспечить возможность подзарядки.

Команда использовала инфракрасную съемку, чтобы сравнить локальные и средние региональные температуры с показателями эталонного фотоэлектрического региона. Чтобы определить локализацию горячих точек, исследователи наклеили черную ленту в трех местах, чтобы создать контролируемые тепловые возмущения, измерили реакцию напряжения на четырех термоэлектрических генераторах и восстановили координаты аномалий. Они трижды проверили каждое место, используя инфракрасную съемку, чтобы подтвердить расположение и температуру каждой аномалии.

«Больше всего нас удивило то, насколько точно небольшая группа из четырех термоэлектрических генераторов смогла определить местоположение тепловой аномалии, — сказал Цай. — В нашем эксперименте на открытом воздухе мы добились погрешности локализации примерно в 9,93 мм». При этом интегрированная система снизила локальную температуру поверхности фотоэлектрических панелей на 7,7 °C в точке измерения, а в среднем по всему контролируемому региону — на 5,4 °C».

По словам Цая, еще одним обнадеживающим результатом стало то, что система могла работать без внешнего источника питания для электроники мониторинга, выполнив около 45 беспроводных передач данных за 10 часов полевых испытаний в дневное время. «Эти результаты свидетельствуют о том, что даже относительно небольшое количество отработанного тепла фотоэлектрических панелей может быть полезно, если его преобразовать в датчики, а не просто в дополнительную электроэнергию», — сказал он.

По словам Цая, теперь команда планирует изучить, как система работает в условиях электрических перегрузок фотоэлектрических панелей и более сложных внешних условий эксплуатации. «В долгосрочной перспективе мы хотим создать солнечные панели, способные самостоятельно контролировать свой тепловой режим, выявлять потенциальные неисправности на ранней стадии и снижать потребность в энергоемкой инфраструктуре мониторинга», — заключил он.

Исследователи описали систему в статье «Система фотоэлектрических преобразователей с автономным питанием для комплексного мониторинга перегрузок и локального управления температурным режимом на основе реакции термоэлектрического напряжения», которая была недавно опубликована в журнале Applied Thermal Engineering. В исследовании приняли участие ученые из Юго-Восточного университета Китая и Сиднейского технологического университета Австралии.

Challenger EVG12-75 https://invertory.ru/product/akb-challenger-evg12-75/

Исследователи из южнокорейского Университета Донгук разработали полностью твердотельную тонкопленочную батарею без анода с ультратонким промежуточным слоем из олова и углерода для улучшения осаждения лития и стабильности при циклическом использовании. Прототип толщиной 2,77 микрометра после 100 циклов зарядки показал объемную плотность энергии 235,13 Вт·ч/л, что потенциально открывает путь к созданию более надежных твердотельных аккумуляторов.

Твердотельные аккумуляторы (ТТА) пока не получили широкого распространения в системах накопления энергии (СНЭ), поскольку их потенциальные преимущества пока не перевешивают высокую стоимость, сложности в производстве и ограниченный коммерческий опыт. Несмотря на то, что твердотельные аккумуляторы обещают повышенную безопасность, более высокую удельную энергоемкость и потенциально более длительный срок службы, у систем хранения энергии в масштабах энергосистемы другие приоритеты, чем у электромобилей. Для систем накопления энергии в масштабах энергосистемы более важны доступность, срок службы, надежность, безопасность и рентабельность, чем удельная энергоемкость, поэтому традиционные литий-железо-фосфатные (ЛЖФ) аккумуляторы сложно вытеснить с рынка.

Кроме того, твердотельные накопители сталкиваются с проблемами, связанными с неравномерным нанесением и удалением литиевого покрытия в процессе эксплуатации, что может привести к нестабильности межфазной границы, образованию пустот и росту литиевой (Li) нити. Эти факторы могут ускорить деградацию, повысить риск внутренних коротких замыканий и снизить долгосрочную надежность, необходимую для стационарных накопителей энергии.

Чтобы решить эту проблему, исследователи из южнокорейского Университета Донгук разработали полностью твердотельную батарею без анода (ASSB), в которой литий из катода осаждается непосредственно на токоприемник во время первого цикла зарядки, образуя анод на месте. «Такая архитектура повышает объемную плотность энергии и упрощает производство, особенно для тонкопленочных батарей». Однако он подвержен потере лития из-за неравномерного осаждения, электрически изолированного «мертвого» лития или потери контакта с твердым электролитом во время снятия изоляции, что снижает стабильность и емкость аккумулятора», — пояснили они.

Предлагаемая инновация основана на том, что исследовательская группа называет безанодной тонкопленочной аккумуляторной платформой с использованием ультратонкого промежуточного слоя олово-углерод (Sn/C), который призван устранить необходимость в традиционном литий-металлическом аноде при производстве. Вместо этого на токосъемник со стороны анода наносится очень тонкое покрытие из олова и углерода, чтобы контролировать процесс осаждения лития во время зарядки.

«Наш промежуточный слой действует как затравка для нуклеации лития, способствуя равномерному осаждению лития, снижая его потери и повышая обратимость при многократной зарядке и разрядке», — говорит ведущий автор исследования Хён-Сук Ким.

Прототип аккумулятора оснащен модифицированным медным токосъемником, покрытым ультратонкими слоями олова и углерода. После оценки нескольких металлических, углеродных и гибридных покрытий исследователи пришли к выводу, что такая конструкция является наиболее эффективной. Эксперименты показали, что комбинация олова и углерода обеспечивает превосходный контроль над осаждением лития, повышая стабильность на границе электрода.

Улучшение связано с различиями в функциях этих двух материалов. Олово создает благоприятные условия для накопления лития, снижая энергию, необходимую для начала осаждения, а углерод помогает распределять осажденный литий более равномерно. Такое сочетание ограничивает неравномерный рост и обеспечивает более стабильную поверхность раздела при многократной зарядке и разрядке.

Чтобы еще больше повысить производительность, команда добавила небольшое количество металлического лития в токосъемник с покрытием перед циклированием. Этот этап «предварительного литирования» создает запас лития, который компенсирует необратимые потери на начальном этапе работы, устраняя ключевое ограничение аккумуляторов без анода.

Исследователи собрали модифицированный токосъемник (Cu@Sn/C) с катодом из оксида лития и ванадия (LVO) и твердым электролитом из оксинитрида лития и фосфора (LiPON). Получившаяся ячейка толщиной всего 2,77 микрометра обеспечила объемную плотность энергии 235,13 Вт·ч/л на 100-м цикле при заявленной скорости цикла 0,01 °C.

Микроскопический анализ также позволил оценить стабильность батареи. Во время первого осаждения лития в межслойном пространстве сформировалась трехмерная структура, содержащая олово и литий-оловянный сплав. Эта структура помогла адаптироваться к физическим изменениям, связанным с последующими циклами зарядки и разрядки, уменьшила нарушения на границе раздела и обеспечила более стабильную работу батареи.

«Наш подход показывает, как проектирование границы раздела и управление запасами лития могут улучшить работу тонкопленочных батарей без анода, — говорит Ким. — Этот подход может способствовать разработке ультратонких батарей для носимой электроники, датчиков интернета вещей и медицинских устройств, а также масштабируемых тонкопленочных батарей без анода для промышленного применения».

Новая концепция твердотельных аккумуляторов была представлена в статье «Преодоление ограничений по плотности энергии: безанодный твердотельный аккумулятор с тонкопленочным катодом из аморфного оксида лития и ванадия», опубликованной в журнале Advanced Energy Materials.

Challenger A12-40 https://invertory.ru/product/akkumuljator-challenger-a12-40/

Румынские исследователи обнаружили, что сетевые инверторы, формирующие сеть, повышают стабильность сети, восстанавливают напряжение и частоту, а также обеспечивают резервное питание в бытовых системах с солнечными панелями и накопителями. Их анализ показывает, что эта технология также может обеспечить более высокую экономическую отдачу: срок окупаемости дополнительных инвестиций составляет 2,85 года.

Функциональная схема просьюмера и потоки энергии при работе в режиме GFL/GFM.

Ученые из Бухарестского университета экономических исследований в Румынии сравнили эффективность инверторов, следующих за сетью (GFL), и инверторов, формирующих сеть (GFM), в бытовых системах, использующих солнечную энергию и накопители, в условиях сети с низкой инерционностью, и пришли к выводу, что технология GFM дает значительные преимущества с точки зрения стабильности сети, восстановления частоты и напряжения, возможности автономной работы и экономической отдачи при относительно коротком сроке окупаемости дополнительных инвестиций.

Исследователи объяснили, что большинство существующих исследований сосредоточено на проектировании систем управления, динамической стабильности и крупномасштабной интеграции, при этом экономическим оценкам с учетом специфики страны уделяется мало внимания, особенно в отношении просьюмеров на развивающихся рынках электроэнергии, таких как Румыния. В своем исследовании они восполнили этот пробел, объединив анализ динамических характеристик ГФМ, включая стабильность частоты, регулирование напряжения, скорость изменения частоты (RoCoF) и возможность автономной работы, с технико-экономической оценкой, основанной на чистой приведенной стоимости (NPV), внутренней норме доходности (IRR), скорректированной приведенной стоимости электроэнергии (LCOE) и сроке окупаемости. Кроме того, они определили ориентировочную точку перехода к работе с преобладанием инверторов, исходя из тенденций в области установленной мощности и долгосрочных сценариев развития энергосистемы Румынии.

Для технического сравнения исследователи использовали MATLAB/Simulink для моделирования бытовой фотоэлектрической системы мощностью 5 кВт в сочетании с литий-железо-фосфатным аккумулятором емкостью 10 кВт·ч. Обе конфигурации инверторов были протестированы в идентичных условиях с помощью детального моделирования электромагнитных переходных процессов. Рассматривались два вида возмущений: увеличение нагрузки на 1,2 кВт и просадка напряжения на 20 % продолжительностью 200 миллисекунд. Оценивались такие показатели, как отклонение частоты, отклонение напряжения, время стабилизации и RoCoF.

В ходе экономической оценки сравнивались капитальные затраты, эксплуатационные расходы, экономия на собственном потреблении, доходы от экспорта электроэнергии в сеть и энергетический арбитраж. Предполагалось, что проект будет реализовываться в течение 15 лет, ставка дисконтирования составит 6 %, а первоначальные инвестиции — 7000 евро (7851 доллар США) для GFL и 8500 евро для GFM. В анализе также учитывались доходы от вспомогательных услуг, предотвращение затрат на отключение, деградация аккумуляторов и сокращение использования возобновляемых источников энергии.

Исследователи обнаружили, что при работе в режиме GFL система полагается на внешние источники напряжения и в первую очередь оптимизирует собственное потребление и накопление энергии. В режиме GFM система самостоятельно устанавливает опорные значения напряжения и частоты, что позволяет активно поддерживать работу сети и работать автономно. GFM также улучшает управление потоками мощности, стабилизирует напряжение и частоту, а также обеспечивает бесперебойное электроснабжение во время отключений.

Моделирование показало, что GFM снижает максимальную частоту колебаний ротора с 18,99 Гц/с до 6,34 Гц/с, то есть примерно на 66% по сравнению с GFL. Максимальное отклонение частоты снизилось с 0,62 Гц до 0,18 Гц, а время стабилизации частоты — с 7,5 до 3 секунд. Максимальное отклонение напряжения также снизилось с 0,20 на единицу (p.u.) до 0,08 p.u., при этом время восстановления сократилось с 5 секунд до 2 секунд.

Экономический анализ показал, что GFM обеспечивает годовой чистый денежный поток в размере 1142 евро по сравнению с 615 евро у GFL, что отражает дополнительные преимущества в плане гибкости и устойчивости. К ним относятся доходы от вспомогательных услуг, предотвращение расходов, связанных с отключениями, сокращение периодов недогрузки и улучшение управления энергопотреблением. GFM также обеспечивает положительную чистую приведенную стоимость в размере 2591 евро и внутреннюю норму доходности около 10,4% по сравнению с чистой приведенной стоимостью в размере -1027 евро и внутренней нормой доходности около 3,7% у GFL.

Несмотря на то, что у GFM более высокая традиционная LCOE — 0,206 евро за кВт·ч по сравнению с 0,174 евро за кВт·ч у GFL, скорректированная LCOE снизилась до 0,118 евро за кВт·ч с учетом преимуществ гибкости и устойчивости. При заданных экономических условиях дополнительные инвестиции в размере 1500 евро, необходимые для GFM, окупятся примерно за 2,85 года.

Анализ чувствительности показал, что GFM остается экономически привлекательным при любых сценариях, связанных с ценами на электроэнергию, доходами от вспомогательных услуг и стоимостью аккумуляторов. Однако исследователи отметили, что рентабельность проекта зависит от доступа к рынкам гибких тарифов, экономической ценности сетевых услуг и допущений, которые требуют дополнительной проверки с использованием сезонных операционных данных.

«Даже в неблагоприятных условиях, таких как снижение цен на электроэнергию, уменьшение доходов от вспомогательных услуг или увеличение затрат на аккумуляторы, GFM сохраняет положительные показатели рентабельности и экономической целесообразности», — заявили ученые. «В отличие от них, GFL гораздо более чувствительна к колебаниям рынка и часто не может добиться привлекательных финансовых показателей».

По мнению исследователей, в будущем необходимо изучить возможности скоординированной работы производителей-потребителей, агрегаторов и энергетических сообществ, оснащенных генераторами, а также адаптивного управления на основе искусственного интеллекта. Они также определили интеграцию с системами «автомобиль — сеть», накопителями водорода и одноранговой торговлей энергией в качестве потенциальных направлений исследований для повышения гибкости и устойчивости энергосистемы.

Их выводы представлены в исследовании «Могут ли инверторы, формирующие сеть, окупиться? Технико-экономический анализ фотоэлектрических и аккумуляторных систем в энергосистемах с малой инерцией», опубликованном в Journal of Energy Storage.

Challenger EVG6-225 https://invertory.ru/product/akb-challenger-evg6-225/

Сравнение пяти конфигураций фотоэлектрических систем, проводившееся в течение года, показало, как доступ для обслуживания, затенение и конструктивные ограничения влияют на выбор автономной системы. Исследователи объединили полевые измерения с аналитическими моделями, чтобы количественно оценить эти ограничения и помочь в выборе конфигурации.

Исследовательская группа из Университета Хамада бин Халифы в Катаре изучила технико-экономические показатели различных конфигураций фотоэлектрических систем, устанавливаемых на опорах, с целью определить наиболее подходящие конструкции для автономных систем в жарких и засушливых регионах с ограниченным доступом для обслуживания.

В таких системах используются солнечные модули, прикрепленные к опорам или встроенные в них, для питания автономного оборудования, такого как уличные фонари, камеры, датчики и телекоммуникационные устройства.

«Солнечные системы, устанавливаемые на опорах, традиционно выбирались по одному критерию: стоимость за ватт. Наши полевые измерения, проводившиеся в течение года, показывают, почему инженерам также необходимо учитывать доступность для обслуживания, затенение и ветровые нагрузки, — рассказал автор исследования Халед А’амар. — Насколько нам известно, это первая система выбора автономных фотоэлектрических систем, устанавливаемых на опорах, основанная на экспериментальных измерениях, проводившихся в течение целого года».

По словам Аамара, исследователи разработали индексы для количественной оценки дополнительных требований к конструкции, связанных с различными ограничениями, а также систему из шести критериев, которая поможет инженерам выбрать наиболее подходящую конфигурацию для конкретного объекта.

«Следующий шаг — перенести эти результаты с испытательного стенда на улицы», — сказал он, добавив, что компания Sunray Solutions, председателем которой он является, ищет партнеров для пилотного внедрения систем, интегрированных в опоры.

В период с августа 2025 года по август 2026 года исследователи наблюдали за пятью конфигурациями фотоэлектрических систем на открытом испытательном полигоне Катарского института экологических и энергетических исследований (QEERI) в Дохе. Конфигурации включали в себя U-образные модули и двусторонние модули, установленные под углом 22 градуса или вертикально, а также восьмиугольную вертикальную фотоэлектрическую трубу. Команда фиксировала выходную мощность и условия окружающей среды с интервалом в одну минуту, сохранив данные за 311 дней после отбора.

Используя данные о низком уровне освещенности, исследователи рассчитали размер фотоэлектрических панелей, чтобы обеспечить ежедневную нагрузку в 1 кВт⋅ч, оценили площадь, необходимую для установки, и рассчитали потребность в аккумуляторных батареях на основе данных за три контрольных дня. Они использовали измерения загрязнения и геометрические коэффициенты для оценки потерь энергии и требований к очистке, в то время как аналитические модели использовались для оценки требований к конструкции, связанных с затенением и ветром.

Команда рассчитала штрафы, связанные с различными ограничениями, и оценила конфигурации по шести критериям: установленная мощность, занимаемая площадь, хранение, техническое обслуживание, устойчивость к затенению и структурная компактность. В ходе анализа чувствительности изучалось влияние весовых коэффициентов критериев, температуры и затрат.

«Геометрия существенно влияет на воздействие пыли», — говорит Аамар. «Если модули никогда не очищаются, то для компенсации наклона панелей требуется на 26,90 % больше фотоэлектрической мощности по сравнению с 1,07 % для вертикальной фотоэлектрической трубки — разница в 25 раз».

Он добавил, что в условиях Дохи затенение является еще более серьезным препятствием.

«Наша модель показывает, что при затенении более чем на 67 % все плоские конфигурации перестают работать, в то время как трубка продолжает функционировать», — сказал он.

«Однако однозначного победителя нет», — добавил А’амар. «Наклонные двусторонние модули требуют наименьшей установленной мощности, если на площадке нет ограничений. Но когда возникают проблемы с доступом для обслуживания, затенением, пространством или конструктивными ограничениями, трубчатые модули оказываются наименее затратными, даже несмотря на то, что их базовая потребность в мощности примерно в 2,7 раза выше».

Результаты представлены в исследовании «Технико-экономический анализ автономных фотоэлектрических систем на опорах для доступных и труднодоступных участков в засушливом климате», опубликованном в журнале Solar Energy.

Challenger AS12-7.0E  https://invertory.ru/product/akkumuljator-challenger-as12-70e-/

Исследователи предложили фотоэлектрический воздушный коллектор, в котором ступенчатый канал сочетается с перфорированными V-образными ребрами для улучшения теплоотвода. Моделирование показало, что такая конструкция снижает температуру поверхности фотоэлементов на 9 °C и достигает максимального теплового КПД в 31%.

Иллюстрация фотоэлектрического коллектора (PVT) с перфорированными охлаждающими ребрами.

Исследователи из Саудовской Аравии и Алжира предложили новую систему пассивного охлаждения для фотоэлектрических тепловых систем (PVT), которая сочетает в себе ступенчатый воздушный канал с перфорированными ребрами, расположенными за солнечной панелью. Воздушный канал в форме лестницы предназначен для разрушения изолирующего воздушного слоя, который образуется вдоль нагретой поверхности. В отличие от них, перфорированные V-образные ребра предназначены для увеличения площади теплообмена и улучшения перемешивания воздуха.

«Система работает в полностью пассивном режиме естественной вентиляции, при этом воздушный поток создается за счет выталкивающей силы без использования дополнительных вентиляторов, насосов или каких-либо внешних источников энергии для циркуляции воздуха», — заявили ученые. «Эта пассивная конструкция исключает паразитное потребление энергии и обеспечивает бесперебойную работу, что делает ее особенно подходящей для использования в засушливых регионах с высокой интенсивностью солнечного излучения».

Исследователи использовали программу ANSYS Fluent для моделирования воздушного коллектора PVT в форме лестницы размером 2,4 м × 0,54 м, наклоненного под углом 32 градуса. Он имел ступенчатый воздушный канал за фотоэлектрическим модулем, два воздухозаборника, один воздухоотвод и V-образные алюминиевые ребра с перфорацией диаметром 5 мм. Каждое ребро имело длину 0,17 м, высоту 0,02 м и толщину 0,0045 м. CFD-модель имитировала воздушный поток и теплообмен.

Команда использовала данные о солнечной радиации и температуре окружающей среды для ясного летнего дня в Гардае, Алжир, где максимальная интенсивность солнечного излучения составляла 995 Вт/м², а температура варьировалась от 306 К до 318 К. После тестирования пяти вычислительных сеток была выбрана одна, состоящая примерно из 5,51 миллиона элементов. Исследователи рассчитали тепловую мощность на основе скорости воздушного потока и разницы температур на входе и выходе, а также оценили электрическую мощность с помощью фотоэлектрической модели, учитывающей зависимость от температуры. Они сравнили проект с эталонной фотоэлектрической системой.

«Максимальный термический КПД системы составил 31 % (по сравнению с 29,4 % у эталонной системы), а электрический КПД — 14,8 % (по сравнению с 14,6 %), при этом пиковая тепловая мощность составила 400 Вт, а электрическая — 180 Вт, что обусловлено улучшенным рассеиванием тепла и турбулентностью, — показали результаты. — Благодаря пассивному естественному охлаждению температура поверхности фотоэлектрических элементов снизилась на 9 К».

Результаты исследования показывают, что срок окупаемости составляет 5,8 года при ясной погоде и 7,2 года при облачной. Система из 10 панелей ежегодно снижает выбросы CO2 на 3,2 тонны, что в сумме составляет 80 тонн за 25 лет, а срок энергетической окупаемости составляет 0,86 года.

Статья «Компьютерное исследование системы пассивного охлаждения PVT с лестничной конфигурацией и перфорированными V-образными ребрами» была опубликована в журнале Ain Shams Engineering Journal. В исследовании приняли участие ученые из Исламского университета Медины в Саудовской Аравии, Университета Эль-Уэд в Алжире и Центра развития возобновляемых источников энергии.

Challenger G12-200H https://invertory.ru/product/akkumuljator-challenger-g12-200h/

Органические солнечные батареи малой площади, использующие стратегию молекулярной фиксации, достигли эффективности преобразования энергии в 20,4 %, а модули большей площади — рекордной эффективности активной площади в 18,8 %.

Схема интерфейса и характеристики органических солнечных элементов, основанные на стратегии молекулярной фиксации

Группа китайских ученых разработала стратегию молекулярной фиксации для органических солнечных элементов.

Стратегия команды ученых предполагает использование промежуточного слоя из хлорида индия (InClx), нанесенного методом вакуумного напыления, для стабилизации границы раздела между электродом и дырочно-транспортным слоем в органических солнечных элементах.

Промежуточный слой работает за счет запуска реакции обмена лигандов, формируя прочную мультидентатную координационную сеть индия-кислорода-фосфора (In-O-P), способную плотно и равномерно закреплять самоорганизующиеся монослои (self-assembled monolayers, SAM).

Работа ученых представлена в научной статье «Блокировка SAM с помощью хлорида посредством реакции обмена лигандов обеспечивает эффективность активной площади 18,8 % и стабильность органических солнечных модулей», опубликованной в журнале Joule.

В статье объясняется, что, хотя органические солнечные батареи достигли впечатляющих показателей эффективности в лабораторных условиях, сложность формирования плотных и стабильных самоорганизующихся монослоев на поверхности оксида индия и олова сдерживает развитие этой технологии и препятствует созданию коммерчески выгодных модулей. В статье также говорится, что координационная сеть In-O-P «увеличивает энергию связи и способствует практически идеальному покрытию монослоем даже на подложках большой площади с превосходной воспроизводимостью от партии к партии».

Исследовательская группа разработала малогабаритные органические солнечные элементы с использованием метода молекулярной фиксации, которые достигли эффективности преобразования энергии в 20,4 %.

Профессор Лю Цюань, автор исследования, добавил, что затем команда масштабировала технологию до модулей с площадью апертуры 15,6 квадратных сантиметра. Эти устройства с большей площадью достигли эффективности преобразования энергии в 18,8 %, что, по словам Лю, является рекордом.

Дополнительные результаты исследования показывают, что устройства сохраняют более 85 % своей первоначальной эффективности после 2000 часов отслеживания точки максимальной мощности при непрерывной работе при температуре 25 °C.

«Наш подход представляет собой универсальную межфазную платформу, которая позволяет решить трилемму эффективности, стабильности и масштабируемости», — говорится в научной статье.

В исследовательскую группу вошли ученые из Нинбоского института материаловедения и инженерии Китайской академии наук. Работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая и ключевой программой исследовательского плана общественного благосостояния Нинбо.

Challenger A12HR-240W https://invertory.ru/product/Challenger-A12HR-240W/