Аккумуляторная батарея Challenger EVG12-110

Система HeliomatiX от Goldbeck Solar использует сборочный центр на базе контейнеров, автономный гусеничный транспортер и роботизированный монтаж для автоматизации строительства солнечных электростанций. По имеющимся данным, эта технология позволяет сократить трудозатраты на установку до 85 % и обеспечить развертывание электростанций мегаваттного масштаба за несколько часов.

Блок для сборки модулей Goldbeck Solar состоит из шести 40-футовых контейнеров и имеет длину 55 м. За один раз можно собрать до четырех фотоэлектрических модулей.

Компания Goldbeck Solar получила премию The smarter E Award 2026 в категории «Фотовольтаика» за разработанную ею систему автоматизации HeliomatiX.

С помощью этого решения немецкая компания, занимающаяся проектированием, закупками и строительством, стремится изменить подход к строительству солнечных электростанций промышленного масштаба. Он состоит из трех основных компонентов, призванных значительно ускорить строительство солнечных электростанций и снизить зависимость от погодных условий. Первый компонент — сборочный центр, мобильная установка для предварительной сборки на базе контейнера, устанавливаемая непосредственно на объекте. Она может собирать до четырех модулей в вертикальной ориентации, одновременно проверяя каждый модуль на наличие повреждений, сканируя его серийный номер и надежно фиксируя на месте.

На втором этапе гусеничный транспорт доставляет предварительно собранные модули на место установки. Автономный электромобиль работает независимо от состояния грунта, дождя и других внешних факторов. Это относится и к третьему компоненту — автоматической системе монтажа (aMoS), роботизированному экскаватору, оснащенному датчиками и прецизионным захватом, который автоматически устанавливает модули на предварительно смонтированную конструкцию.

Предварительно собранные модули покидают сборочный центр каждые 60 секунд. Теоретически с помощью этой системы можно установить до 1 МВт фотоэлектрических панелей за восемь часов, говорит Ральф Штайнхайзер, руководитель отдела инноваций и технологий компании Golbeck Solar. Благодаря автоматизации трудозатраты на сборку модулей могут сократиться на 85%. Кроме того, меняется потребность в рабочей силе на объекте: сокращается объем ручной работы по установке и больше внимания уделяется мониторингу, контролю и технической координации.

По словам представителей Goldbeck Solar, эта система является первой в своем роде для конструкций с фиксированным углом наклона. По словам Штайнхайзера, окончательная настройка ожидается в ближайшие недели. Для установки Assembly Hub требуется площадка площадью 55 м, и он состоит из шести 40-футовых контейнеров. Компания планирует протестировать HeliomatiX в рамках реального проекта во второй половине 2026 года и в настоящее время ищет подходящую площадку для фотоэлектрических систем. Также планируется создать вторую сборочную линию для обеспечения резервирования и потенциального увеличения скорости монтажа.

В течение первых двух лет система будет использоваться исключительно внутри компании. После этого Goldbeck Solar намерена предложить ее внешним клиентам. Разработка заняла около трех лет и велась в сотрудничестве с производителем монтажных конструкций. Ключевым элементом является несущая конструкция для модулей, которая была модернизирована для автоматизированной сборки и имеет регулируемую ширину для установки модулей разных типов.

Аккумулятор Challenger A12-40

Исследователи разработали метод электролюминесцентной визуализации при дневном свете, который позволяет обнаруживать низкоэнергетические трещины в стекле фотоэлектрических модулей с помощью дронов, работающих в ближнем инфракрасном диапазоне с усилением движения. Этот подход позволяет одновременно выявлять дефекты ячеек и трещины в стекле, повышая эффективность проверки крупных фотоэлектрических установок.

Пример низкоэнергетической трещины в стекле фотоэлектрического модуля

Исследователи из Технического университета Дании разработали новый метод обнаружения низкоэнергетических трещин в переднем стекле фотоэлектрических модулей с помощью электролюминесцентной (ЭЛ) визуализации при дневном свете. Низкоэнергетические трещины — это трещины, которые изначально приводят к локальным повреждениям без значительного распространения, но со временем могут увеличиваться. Поскольку они едва заметны, их часто не обнаруживают при крупномасштабных проверках.

«Новизна этой работы заключается в том, что мы показали, что низкоэнергетические трещины в стекле фотоэлектрических модулей можно стабильно обнаруживать с помощью электролюминесцентной (ЭЛ) визуализации при дневном свете, полученной в движении, — рассказал автор исследования Родриго дель Прадо Сантамария. — Традиционно ЭЛ-визуализация используется для выявления дефектов материала в самих солнечных элементах, в то время как обнаружение трещин в стекле требует визуального осмотра или инфракрасной визуализации». Наше исследование показывает, что одно просвечивающее электронно-лучевое исследование при дневном свете может дать информацию как о внутренних дефектах ячеек, так и о трещинах в стекле, что может сделать исследования более эффективными и информативными».

Дель Прадо Сантамария добавил, что этот метод позволяет обнаружить трещины, которые не видны на обычных RGB-изображениях или инфракрасных термограммах. «Кроме того, солнечный свет и движение камеры, которые обычно считаются проблемами при просвечивающей электронно-лучевой визуализации, на самом деле становятся частью решения. При просвечивающей электронно-лучевой съемке с дрона при дневном свете небольшие движения между кадрами создают едва заметные изменения в отражении солнечного света от потрескавшихся стеклянных поверхностей. Когда изображения реконструируются, эти вариации делают трещины более заметными», — объяснил он.

Сначала фотоэлектрический модуль смещается в прямом направлении модулированным током, что приводит к возникновению электролюминесцентного сигнала. Затем камера, работающая в коротковолновом инфракрасном диапазоне (SWIR), делает несколько снимков при дневном свете, пока камера находится в небольшом движении. Из-за этого движения треснувшее стекло по-разному отражает солнечный свет от кадра к кадру. Затем программное обеспечение определяет углы модуля, отслеживает и выравнивает модуль по всем кадрам, а также применяет быстрое преобразование Фурье (БПФ) для извлечения электролюминесцентного сигнала и снижения уровня шума от дневного света. На реконструированном изображении видна как обычная информация, полученная с помощью метода электронной микроскопии, например дефекты ячеек, так и трещины в стекле, которые становятся заметными из-за изменения отражения дневного света.

Исследователи оценили этот метод двумя способами. Во-первых, они провели контролируемые лабораторные эксперименты при дневном освещении, используя фотоэлектрический модуль из стекла и фотоэлементов мощностью 305 Вт с уже имеющейся трещиной в стекле. Для имитации движения дрона вручную создавалось небольшое движение камеры, при этом варьировались уровни движения, расстояния для съемки и условия освещения. Во-вторых, они проверили этот метод во время реальной инспекции с помощью дрона на фотоэлектрической станции университета. Для этого использовался коммерческий дрон, оснащенный камерой InGaAs, которая позволяла осматривать работающие фотоэлектрические модули при дневном освещении и сравнивать результаты с обычной RGB-съемкой и инфракрасной термографией.

По словам исследователей, результаты подтверждают жизнеспособность предложенного подхода. Они также провели систематическую оценку его эффективности и ограничений и выяснили, что при использовании камеры InGaAs с разрешением 640 × 512 пикселей оптимальное расстояние для съемки составляет 8–12 м, а надежность обнаружения трещин снижается на расстоянии более 15 м.

«В настоящее время мы изучаем несколько направлений для дальнейших исследований, — подытожила Дель Прадо Сантамария. — Один из вопросов, который мы хотели бы изучить, заключается в том, можно ли добиться того же эффекта обнаружения трещин с помощью коротковолновой инфракрасной (КВИК) визуализации без необходимости в электрической модуляции. Наши результаты показывают, что видимость трещин сильно зависит от отражения и движения солнечного света, поэтому могут существовать альтернативные способы использования того же эффекта. Нам также интересно понять, как такие факторы, как солнечное излучение, угол обзора и характеристики камеры, влияют на видимость трещин». В конечном счете цель состоит в том, чтобы разработать системы инспекции с использованием дронов, которые смогут одновременно выявлять несколько типов дефектов и повышать надежность и безопасность крупных фотоэлектрических установок».

Метод был представлен в статье «Новый метод обнаружения низкоэнергетических трещин на переднем стекле фотоэлектрических модулей с помощью электролюминесцентной визуализации при дневном свете», опубликованной в Solar Energy.

Аккумулятор Challenger A12-120

Пилотное исследование, проводимое в Сиднее, направлено на то, чтобы вдохнуть новую жизнь в использование солнечных батарей и аккумуляторов в многоквартирных домах, применяя стратегии искусственного интеллекта к существующей модульной системе энергоснабжения.

Университет Нового Южного Уэльса (UNSW) в Канберре совместно с компаниями Voltval и JT Solar Technology, расположенными в Сиднее, проводят в городе пилотное исследование по внедрению и тестированию модульной системы энергетических порталов (MPPS) на основе искусственного интеллекта (ИИ) для улучшения энергообмена между квартирами.

Чтобы удовлетворить потребности 2,5 миллиона жителей многоквартирных домов по всей Австралии, в том числе каждого третьего в Новом Южном Уэльсе, где только 3,5% жителей многоквартирных домов имеют доступ к солнечным панелям на крыше, а из-за нормативных препятствий установка балконных солнечных панелей незаконна, в рамках пилотного проекта используется система MPPS, разработанная компаниями Voltval и JT Solar Technology. Она прогнозирует выработку и потребление энергии, координирует распределённые энергетические ресурсы и балансирует потоки электроэнергии между квартирами в режиме реального времени.

В пилотном проекте примут участие несколько объектов в Сиднее, в том числе коммерческие и жилые.

Благодаря гранту в размере 1,2 млн австралийских долларов (830 000 долларов США) от Министерства образования Австралии (DoE) в рамках программы Trailblazer Recycling & Clean Energy (TRaCE) исследователи из Университета Нового Южного Уэльса в Канберре создали усовершенствованный уровень искусственного интеллекта, который позволит лучше прогнозировать и оптимизировать энергопотребление в различных зданиях, сделав платформу более интеллектуальной, эффективной и готовой к использованию в реальных условиях.

Соруководитель проекта Школы систем и вычислительной техники Университета Нового Южного Уэльса в Канберре, доцент Хуадун Мо, сказал, что их работа, как ожидается, позволит увеличить использование возобновляемых источников энергии и снизить эксплуатационные расходы участвующих в проекте зданий на целых 30%.

«Следующий этап перехода Австралии к экологически чистой энергетике будет зависеть от того, смогут ли жители многоквартирных домов воспользоваться преимуществами распределенных энергетических ресурсов», — сказал Мо.

Директор компании JT Solar Technology Джейсон Цзянган Сяо сказал, что партнерство с Университетом Нового Южного Уэльса позволяет провести углубленное исследование, чтобы должным образом подтвердить эффективность построенных объектов и с уверенностью вывести их на рынок.

«Те же препятствия, которые сдерживают внедрение экологически чистой энергии в многоквартирных домах и жилых комплексах Сиднея, существуют в густонаселенных городских районах по всему миру, — сказал Сяо.

— Мы считаем, что MPPS может помочь быстро и масштабно декарбонизировать здания и внести вклад в создание более устойчивой и инклюзивной энергетической системы».

Батарея Challenger EVG12-75

Исследователи из Бельгии и Китая предложили план развития литий-азотных (Li–N₂) батарей, выявив основные препятствия на пути к их созданию, такие как низкая обратимость, медленная активация азота и нестабильность компонентов элементов. Они предлагают усовершенствовать электролиты, катализаторы, сепараторы и конструкцию элементов, а также стандартизировать тестирование и использовать проточные системы, чтобы обеспечить возможность как хранения энергии, так и химического производства на основе азота.

Преимущества аккумуляторной системы Li-N2

Исследовательская группа из Бельгии и Китая представила план развития литий-азотных (Li–N₂) аккумуляторов.

В таких батареях литий вступает в электрохимическую реакцию с газообразным азотом, образуя нитрид лития (Li₃N) при разрядке, и в идеале восстанавливает литий и азот при зарядке. Хотя первая обратимая батарея Li–N₂ была представлена почти десять лет назад, практическое применение этой технологии остается ограниченным.

«Наша работа представляет собой первую комплексную дорожную карту для практического внедрения литий-нитридных аккумуляторов, — рассказал автор исследования Юй Ли. — Вместо того чтобы сосредотачиваться на одном катализаторе или материале, мы выявляем фундаментальные барьеры, ограничивающие обратимость и долгосрочную стабильность, — от механизмов реакции и методов определения характеристик до электролитов, сепараторов и архитектуры элементов».

По словам Ли, команда также представила концепцию проточных батарей и предложила строгие стандарты тестирования.

«В более широком смысле эта работа демонстрирует, что литий-нитридные аккумуляторы — это новая электрохимическая платформа, которая может функционировать не только как перезаряжаемый аккумулятор, но и как способ производства азотсодержащих химических веществ с добавленной стоимостью, открывая возможности, выходящие за рамки традиционных технологий хранения энергии», — сказал он.

В своей статье исследователи утверждают, что разработке литий-азотных аккумуляторов препятствуют низкая обратимость, ограниченная циклическая стабильность и медленная кинетика активации азота. К дополнительным проблемам относятся деградация электролита и электродов, побочные реакции, вызванные влагой, кислородом и газовым обменом, несовершенство конструкции сепаратора и отсутствие надежных методов проверки истинного преобразования N₂ в Li₃N.

Чтобы решить эти проблемы, исследователи предлагают план действий, который включает в себя использование более стабильных электролитов, катализаторов, специально разработанных для активации азота, и ионоселективных газонепроницаемых сепараторов. Они также рекомендуют усовершенствовать конструкцию батарей, в том числе использовать проточную ячейку с эффектом проточного поля для улучшения переноса азота, а также передовые методы определения характеристик in situ и эксперименты с изотопным мечением для проверки механизмов реакций.

В дорожной карте также говорится о необходимости стандартизированных протоколов тестирования для надежного сравнения характеристик и использования искусственного интеллекта для ускорения поиска новых материалов и оптимизации аккумуляторов.

«Один из неожиданных выводов заключается в том, что разработка катализаторов сама по себе вряд ли решит проблемы, с которыми сталкиваются литий-азотные батареи, — сказал Ли. — Наш анализ показывает, что такие часто упускаемые из виду факторы, как конфигурация элемента, чистота газа, свойства сепаратора и протоколы проверки, могут быть не менее важными».

«Мы также были рады узнать, что литий-азотные аккумуляторы могут служить не только в качестве перезаряжаемых батарей, но и как платформы для производства ценных азотсодержащих химических веществ, потенциально объединяя возобновляемые источники электроэнергии, ее хранение и экологичное химическое производство в рамках одной технологии».

По словам Ли, его команда в настоящее время работает над экспериментальным подтверждением обратимости литий-нитридных аккумуляторов. Текущие усилия включают разработку усовершенствованных электрокатализаторов, таких как нанокатализаторы на основе железа, оптимизацию структуры аккумулятора и компонентов элементов, а также внедрение передовых методов определения характеристик in situ.

«Больше всего нас воодушевляет то, что некоторые из наших предварительных результатов уже дают основания полагать, что обратимая литий-азотная электрохимия может быть достижима при тщательно подобранных условиях», — сказал он.

«Хотя работа еще не завершена, мы считаем, что эти результаты могут помочь ответить на некоторые ключевые вопросы, которые сдерживали развитие этой области на протяжении почти десяти лет. В конечном счете наша цель — превратить литий-азотные батареи из перспективной концепции в научно обоснованную и практически применимую технологию как для хранения энергии, так и для устойчивого преобразования азота. Мы с нетерпением ждем возможности поделиться этими результатами с научным сообществом в ближайшем будущем».

Статья была представлена в работе «Литий-азотная батарея: перспективы и дорожная карта развития», опубликованной в Angewandte Chemie International Edition. Ученые из бельгийского Университета Намюра и китайского Уханьского технологического университета внесли свой вклад в разработку дорожной карты.

Батарея Challenger EVG6-225

Исследователи из Ратгерского университета, Иллинойсского университета в Чикаго и Аргоннской национальной лаборатории обнаружили, что мембраны из нанотрубок нитрида бора переносят ионы лития гораздо быстрее, чем ожидалось. Это открывает возможности для их применения в извлечении лития из отработанных аккумуляторов и производстве «голубой» энергии.

Литий-железо-фосфатные элементы

Статья «Аномальный сверхбыстрый перенос ионов лития через мембраны из нанотрубок нитрида бора» была недавно опубликована в журнале Nature Nanotechnology. Исследование провели Семих Четиндаг из Ратгерского университета и Аадитья Пендсе из Иллинойсского университета в Чикаго.

Сангил Ким, доцент кафедры химической инженерии в Иллинойсском университете в Чикаго и один из авторов статьи, сравнил этот механизм с тем, как электрический угорь вырабатывает электричество с помощью ионных каналов в специализированных клетках. По его словам, наблюдаемый ионный транспорт намного превышает теоретическую оценку, а также показатели существующих экспериментальных систем.

Чтобы протестировать мембраны, исследователи поместили их между ионными растворами с разной соленостью. Мембраны обеспечивали питание небольшой электроники, в том числе часов, калькулятора и светодиодов, используя только градиенты солевого раствора.

В статье сообщается о плотности мощности до 15 300 Вт на квадратный метр и эффективности преобразования энергии, приближающейся к теоретическому пределу в 50 % при pH 5,5.

По словам ученых, среди возможных областей применения — извлечение лития из отработанных аккумуляторов и производство «голубой» энергии, при которой электричество вырабатывается за счет смешения соленой и пресной воды.

Аккумулятор Challenger A12-55

Международная исследовательская группа, в которую входят ученые из Университета Аделаиды, разработала высокоэффективный микроскопический иридиевый катализатор, который может стать важным шагом на пути к более доступному и эффективному производству экологически чистого водорода.

Исследователи из Университета Аделаиды совместно с учеными из японского Университета Тохоку, Токийского научного университета и Университета Вандербильта в США успешно разработали микроскопические иридиевые катализаторы, которые могут повысить эффективность производства экологически чистого водорода.

По словам исследователей, крошечные катализаторы содержат всего 15 атомов иридия и по массовой активности в 1,5 раза превосходят коммерчески доступные иридиевые катализаторы, демонстрируя при этом отличную долговечность.

«Зеленый» водород получают путем расщепления воды на водород и кислород с использованием возобновляемых источников энергии. Одной из самых сложных задач, связанных с этим процессом, является реакция выделения кислорода (РВК). Эта химическая реакция происходит в высококислотной и агрессивной среде, и иридий оказался одним из немногих катализаторов, способных выдерживать такие условия. Однако из-за высокой стоимости и ограниченной доступности этого редкого металла предпринимались попытки сократить его количество, сохранив при этом максимальную реакционную активность.

Один из способов сократить количество используемого иридия — создать атомарно точные металлические нанокластеры, крошечные скопления атомов металла. Уменьшение размера металлических частиц до 1 нанометра (нм) увеличивает их удельную площадь поверхности и количество активных центров. Недостаток увеличения площади поверхности заключается в том, что иридий окисляется при контакте с воздухом и становится нестабильным.

Чтобы преодолеть эту нестабильность, исследовательская группа разработала метод восстановления полиола с помощью этиленгликоля и процесс замены лигандов для защиты атомов иридия.

Обволакивая ядро из атомов иридия молекулами монооксида углерода и трифенилфосфина, ученые смогли получить 15-атомные нанокластеры иридия, которые остаются очень стабильными и устойчивыми к окислению даже при синтезе на открытом воздухе.

Затем исследователи прикрепили нанокластеры к подложке из технического углерода, чтобы создать твердый катализатор со средним размером частиц 0,9 нм.

Схема реакции выделения кислорода при электролизе воды. С уменьшением размера частиц иридия увеличивается доля поверхностных атомов иридия, что приводит к значительному повышению каталитической активности.

Испытания показали, что новый материал обладает примерно в 1,5 раза большей массовой активностью, чем обычные коммерческие иридиевые катализаторы. Катализатор также продемонстрировал отличную долговечность: он проработал непрерывно более 20 часов без существенной потери эффективности.

Дальнейший анализ показал, что сверхминиатюризация частиц иридия изменила их электронные свойства таким образом, что химические реакции стали протекать более эффективно.

Представитель Университета Тохоку Юити Негиси заявил, что это открытие может привести к повышению эффективности производства экологически чистого водорода.

«Мы надеемся, что эти открытия станут новой вехой в исследованиях металлических нанокластеров и «зеленого» водорода, поскольку они могут помочь нам создать экономичные и высокоэффективные металлические нанокластеры для решения насущных глобальных энергетических и экологических проблем», — сказал он.

Аккумулятор Challenger G12-100H

Исследователи из Корейского института энергетических исследований разработали черепичную фотоэлектрическую панель, предназначенную для эффективной интеграции с термоэлектрическими генераторами (ТЭГ) для сбора отработанного тепла с помощью эффекта Зеебека. Последовательно соединенная ленточная конструкция обеспечивает работу при высоком напряжении и низком токе, что снижает потери на сопротивление ТЭГ и позволяет создавать масштабируемые, устойчивые к нагрузкам фотоэлектрические системы с ТЭГ, отличающиеся повышенной эффективностью и надежностью.

Модуль состоит из соединенных последовательно узких полоскообразных солнечных элементов

Исследователи из Корейского института энергетических исследований (KIER) и Национального университета Чхунбук (CBNU) создали черепичную фотоэлектрическую панель, которую можно использовать в сочетании с термоэлектрическими генераторами (ТЭГ) для эффективного использования отработанного тепла.

Термоэлектрические генераторы могут преобразовывать тепло в электричество за счет «эффекта Зеебека», который возникает, когда разница температур между двумя разными полупроводниками приводит к возникновению разницы напряжений между двумя веществами. Эти устройства широко используются в промышленности для преобразования избыточного тепла в электричество. Однако из-за высокой стоимости и ограниченной производительности они пока не получили широкого распространения.

Технология черепичных солнечных элементов заменяет традиционные ленточные соединения последовательным соединением полос солнечных элементов, что позволяет отказаться от паяных лент. Такая конструкция увеличивает активную площадь, доступную для поглощения света, а также снижает тепловые и механические нагрузки внутри модуля. В результате повышается эффективность и долгосрочная надежность по сравнению со стандартными подходами к соединению.

Для сборки модулей исследователи использовали солнечные элементы PERC, поставляемые южнокорейской компанией Shinsung E&G, в качестве исходного материала. Сначала элементы разрезали на узкие полоски с помощью инфракрасного лазера с длиной волны 1064 нм, а затем механически распиливали. Были изготовлены черепичные модули из трех, пяти или семи полосок с общей активной площадью 100 см², а конфигурация из 14 полосок имела увеличенную площадь — 170 см². Размеры соответствующих полос составляли 100 × 38,83 мм, 100 × 21,70 мм, 100 × 16,07 мм и 85 × 16,07 мм для трех-, пяти-, семи- и четырнадцатиполосных модулей соответственно.

Электрическое соединение между соседними полосами было выполнено путем последовательной сборки с использованием токопроводящего клея CA 3556HF. Затем конструкции подверглись горячему прессованию и отверждению при температуре 180 °C в течение 1 минуты для обеспечения надежного соединения. К обоим концам каждого черепичного модуля были припаяны ленты с выводами для обеспечения внешних электрических контактов. Наконец, модули были покрыты передним слоем из стекла, этиленвинилацетатным (ЭВА) герметиком и задней панелью из полиэтилентерефталата (ПЭТ) для повышения механической прочности и устойчивости к воздействию окружающей среды.

Ученые объяснили, что такая архитектура модуля выгодна для интеграции тонкопленочных транзисторов, поскольку последовательное соединение пластин увеличивает рабочее напряжение при одновременном снижении выходного тока, что, в свою очередь, минимизирует зависящие от силы тока резистивные потери и джоулев нагрев тонкопленочных транзисторов. Такое улучшенное электрическое согласование снижает влияние относительно высокого внутреннего сопротивления тонкопленочных транзисторов, повышает стабильность коэффициента заполнения и в конечном итоге обеспечивает более эффективное и устойчивое к нагрузкам извлечение энергии в гибридных фотоэлектрических системах с тонкопленочными транзисторами в реальных условиях эксплуатации.

Коммерческие термоэлектрические (ТЭ) элементы были предоставлены китайской компанией Xinrong. Массив ТЭГ без подложки площадью 100 см² был изготовлен из 308 элементов с зазорами, заполненными полимером, для обеспечения механической стабильности и оптимизации теплопередачи. Массивы были собраны из структурированных медных (Cu) пленок на полиимидных подложках с использованием трафаретной печати припоем, пайки оплавлением и последующего удаления подложки для обнажения электродов для электрического соединения.

Разработанные для тестирования гибридные фотоэлектрические системы с термоэлектрическим генератором состояли из двухполюсной (2T) схемы, в которой фотоэлектрические элементы и термоэлектрический генератор соединены последовательно с помощью одной внешней контактной пары, и четырехполюсной (4T) схемы, в которой оба компонента работают независимо друг от друга, что позволяет исключить потери на последовательное сопротивление термоэлектрического генератора. В основном использовалась двухполюсной схема, а четырехполюсную применяли только для анализа потерь и сравнения.

Была разработана специальная экспериментальная платформа с прозрачным сетчатым нагревателем из меди сверху и нижним охладителем для создания контролируемого температурного градиента при одновременном воздействии на устройство стандартного солнечного излучения. Эта установка позволила провести точную вольт-амперную характеристику фотоэлектрических, термоэлектрических и комбинированных фотоэлектрических и термоэлектрических устройств при совместной тепловой и оптической нагрузке, а также провести дополнительные измерения с помощью специальной численной модели.

Электрические характеристики ТЭ-элементов были изучены с помощью эффекта Холла и измерения сопротивления в зависимости от времени при контролируемом смещении по току для оценки транспортных свойств и стабильности. Фотоэлектрический компонент был смоделирован с помощью двухдиодной схемы в сочетании с набором уравнений для термоэлектрического генератора, которые решались с помощью преобразований на основе W-функции Ламберта. Подбор модели к экспериментальным данным I–V позволил определить ключевые параметры, в том числе эффективное сопротивление ТЭГ, а также количественно оценить потери мощности при двухтактном режиме работы.

Измерения показали, что минимизация фотоэлектрического тока при одновременном увеличении напряжения значительно снижает влияние сопротивления термоэлектрического генератора на производительность устройства. При этом черепичные фотоэлектрические модули оказались особенно эффективными в достижении этого режима работы с низким током и высоким напряжением. Термический анализ также показал, что ток, вырабатываемый фотоэлектрическими элементами, вызывает как быстрое охлаждение/нагрев за счет эффекта Пельтье, так и более медленный джоулев нагрев термоэлектрического генератора, что со временем увеличивает его эффективное сопротивление.

Кроме того, линейная корреляция между градиентами силы тока и температуры подтвердила взаимосвязь между электрическим переносом и термоэлектрическим теплообменом в гибридной системе. Согласно проверенной численной модели, оптимальные конструкции с низким током и высоким напряжением могут снизить потери энергии практически до нуля. Это предположение было экспериментально подтверждено на устройстве площадью 170 см², которое в контролируемых условиях обеспечило сверхнизкие потери и высокую выходную мощность.

«Используя 14-полосный черепично-модульный фотоэлектрический элемент, который распределяет ток, повышая напряжение на нескольких полосах, мы создали устойчивый к нагрузкам черепично-модульный фотоэлектрический элемент для фотоэлектрических систем полевого масштаба, — заключили исследователи. — По масштабу и производительности наш фотоэлектрический элемент значительно превосходит самые крупные (68 см2) и наиболее производительные (1,15 Вт) устройства, описанные в научной литературе». В отличие от тандемных солнечных элементов, которые требуют сложной монолитной интеграции и сложного спектрального разделения, наш PV-TEG включает в себя только простое соединение коммерчески доступных компонентов PV и TEG, при этом не требуется изготовление на начальном этапе ”.

Новая концепция солнечного модуля была описана в исследовании «Нагрузоустойчивый черепичный фотоэлектрический модуль для термоэлектрической связи в полевых условиях», опубликованном в научно-популярном журнале.

Аккумуляторная батарея Challenger T105

Исследователи из Чунцинского университета и компании PowerChina разработали двухпараллельную вантово-балочную систему CSPS для повышения устойчивости к скручиванию и ветровой устойчивости фотоэлектрических установок на участках со сложным рельефом. Конструкция, эффективность которой была подтверждена в ходе численного исследования на пролете 40 м, повышает устойчивость к флаттеру и жесткость конструкции, оптимизируя провисание и предварительное натяжение для эффективного крупномасштабного развертывания.

Прогон в форме буквы π, используемый в конструкции с тросовыми опорами

Исследователи из Чунцинского университета и промышленного конгломерата PowerChina в Китае разработали фотоэлектрическую конструкцию с тросовыми опорами (CSPS), предназначенную для использования в солнечных электростанциях, которые планируется возвести на сложных участках местности. Система призвана устранить недостатки традиционных наземных фотоэлектрических конструкций, особенно в регионах с неровным рельефом, большими пролетами и сложными условиями строительства, где традиционные системы опор неэффективны или нецелесообразны.

«К основным типам систем крепления солнечных панелей относятся однослойные кабельные системы, системы с пространственными тросами и тросо-стержневые системы, — рассказал автор исследования Шидун Не. — Однослойные системы просты в исполнении, но подвержены большим смещениям под воздействием ветра и не подходят для больших пролетов. В системах с пространственными тросами нижние тросы используются для повышения вертикальной жесткости и снижения деформации под воздействием ветра. В тросо-стержневых системах дополнительно используются тросы для компенсации ветровой нагрузки, повышающие устойчивость как к направленным вниз, так и к направленным вверх ветровым нагрузкам».
Однако все эти системы по-прежнему обладают низкой устойчивостью к скручиванию, что приводит к неустойчивости, наклону и снижению допустимой скорости ветра.

Учитывая эти ограничения, исследовательская группа разработала новую фотоэлектрическую конструкцию с двумя параллельными кабельными фермами. «Мы разработали механическую модель, а также производные от нее методы для расчета как отдельных кабелей, так и кабельных ферм, — добавил Ни. — Эти методы объединены в итеративную стратегию проектирования и простую формулу для определения прогиба, которую можно использовать в инженерных расчетах. Для проверки модели и формулы прогиба с помощью численного моделирования был проведен эксперимент с пролетом 40 м. Наконец, мы проанализировали статические характеристики и влияние натяжения и прогиба кабеля на контроль прогиба, чтобы помочь в принятии проектных решений».

В статье «Новая фотоэлектрическая конструкция на тросах с высокой устойчивостью к скручиванию и ее оптимальные параметры», опубликованной в Results in Engineering, исследователи объяснили, что система создана по аналогии с аэродинамикой мостов, где увеличение жесткости на кручение помогает подавить флаттер и повысить критическую скорость ветра.

Они разделили одну кабельную ферму на две параллельные, что, по их утверждению, улучшает механизм сопротивления скручивающим нагрузкам без увеличения общего расхода материала.
Система также поддерживает два ряда фотоэлектрических модулей, соединенных с помощью π-образных прогонов, которые увеличивают плечо рычага и еще больше повышают жесткость на кручение. По имеющимся данным, такая конфигурация повышает частоту крутильных колебаний и увеличивает критическую скорость ветра, при которой возникает флаттер, до 36,8 м/с для пролёта 40 м. При этом дополнительные элементы, такие как прогоны и распорки, немного увеличивают расход стали, но повышают жёсткость конструкции и улучшают контроль вибраций. Кроме того, распорки, установленные через равные промежутки, помогают поддерживать точную параболическую форму троса в соответствии с теоретическими моделями.

Схема системы

Кроме того, к ключевым параметрам конструкции относятся провисание тросов, высота фермы и предварительное натяжение тросов — все эти факторы сильно влияют на поведение конструкции. Согласно строительным нормам, для уравновешивания силы тяжести, давления ветра и подъемной силы ветра требуются разные значения провисания тросов. По словам ученых, для достижения оптимальной жесткости и контроля деформаций необходимо правильно подобрать геометрию и предварительное натяжение тросов.

В предложенной конфигурации системы кабельная ферма рассматривалась как основная несущая конструкция, на которую нагрузка от фотоэлектрических модулей передавалась в виде эквивалентных равномерно распределенных сил. Конструкция фермы определяется ключевыми параметрами, в том числе общей высотой фермы, провисанием каждого кабеля и уровнем предварительного натяжения в различных группах кабелей.

«Чтобы определить эти значения, была разработана единая итеративная система, позволяющая регулировать провисание и обеспечивать сбалансированную устойчивость к силе тяжести, давлению ветра и подъемной силе ветра, — объяснил Ни. — После определения геометрической конфигурации с помощью динамического анализа на основе собственных частот конструкции оценивалось предварительное натяжение тросов. Эти динамические свойства затем соотносились с критической скоростью ветра, при которой возникает флаттер. Наконец, была выбрана оптимальная комбинация предварительного натяжения, при которой критическая скорость ветра, при которой возникает флаттер, была максимальной или приближалась к этому значению».

Предложенная конструкция была проверена с помощью детального численного исследования 40-метровой модульной конструкции, разработанной в соответствии с китайскими нормами проектирования конструкций для экстремальных ветровых условий, характерных для ураганов. Расчетное давление ветра, составляющее примерно 0,654 кПа, в сочетании с коэффициентом порывов ветра 1,7, а также наклоном модуля на 20° и стандартными коэффициентами формы ветровых волн позволили смоделировать реалистичные сценарии нагрузки.

С помощью метода итеративного проектирования были определены начальные значения прогиба кабельной фермы: 2230 мм и 1770 мм. Эти значения были получены при предварительном натяжении несущего троса на 30 кН и оказались стабильными в широком диапазоне условий предварительного натяжения. Параметрический анализ показал, что при давлении ветра более 0,45 кПа расчетное значение прогиба становится практически нечувствительным к изменениям предварительного натяжения, что подтверждает надежность предложенного подхода к геометрическому проектированию.

После приложения предварительного натяжения и статических нагрузок был проведен модальный анализ для определения динамических характеристик конструкции. Результаты показали, что увеличение предварительного натяжения кабеля в целом приводит к увеличению как вертикальных, так и крутильных собственных частот, хотя их соотношение меняется немонотонно.

Оценка флаттера показала, что при оптимальном предварительном натяжении критическая скорость ветра достигает максимума, а наиболее эффективным значением для основного несущего троса является 30 кН. Важно отметить, что дальнейшее увеличение предварительного натяжения не всегда приводит к повышению аэродинамической устойчивости, что указывает на необходимость сбалансированной конструкции, а не простого увеличения силы натяжения.

Статический и параметрический анализ показал, что геометрическая конфигурация играет доминирующую роль в эксплуатационных характеристиках конструкции. В частности, увеличение высоты фермы оказалось значительно более эффективным средством снижения вертикальных деформаций и деформаций кручения, чем регулировка предварительного натяжения тросов. Эти результаты подтверждают, что геометрическая оптимизация является ключевым фактором повышения жесткости и устойчивости большепролетных вантовых мостов.

«В целом исследование подтверждает, что предложенная система из двух параллельных кабельных ферм является структурно эффективным и аэродинамически устойчивым решением для размещения фотоэлектрических систем в районах с сильными ветрами и сложным рельефом. Она представляет собой практичную основу для проектирования будущей крупномасштабной солнечной инфраструктуры», — заключил Ни.

Аккумуляторная батарея Challenger EVG6-335

Эти материалы, произведенные в Нью-Йорке, призваны ускорить сборку компонентов и снизить затраты за счет лазерной сварки корпусов.

Лазерная сварка

Американская химическая компания SABIC представила NORYL V0150TW и V0150IR2 — два термопластика, призванных заменить металл и традиционные полимеры в фотоэлектрических компонентах, таких как микроинверторы, солнечные трекерные блоки и распределительные коробки.

Смолы NORYL V0150TW (абсорбирующая) и V0150IR2 (пропускающая) разработаны таким образом, чтобы производители могли перейти от ультразвуковой сварки или склеивания к лазерной сварке. Такой переход позволяет отказаться от материалов для склеивания, требующих отверждения, сократить время производственного цикла и снизить общие затраты на сборку.

По сравнению с металлом эти материалы позволяют уменьшить размер деталей на 40 %, снизить вес на 35 % и сократить общее потребление материала на 30 %. Полимерные материалы соответствуют классу огнестойкости UL94 V0 5VA при толщине стенки 1,5 мм, сохраняют механическую целостность при рабочих температурах до 150 °C и могут эксплуатироваться на открытом воздухе до 15 лет.

Новые марки NORYL производятся при поддержке глобальной сети поставок компании, в которую входят ключевые центры по производству и компаундированию полифенилового эфира (ПФЭ) в Селкирке, штат Нью-Йорк, и Берген-оп-Зоме, Нидерланды.

Эти материалы, доступные теперь по всему миру, недавно получили серебряную премию Эдисона 2026 года за инновации.

Аккумулятор Challenger G12-200H

Китайская исследовательская группа разработала модель определения температуры поверхности панелей (PST) с учетом особенностей местности для фотоэлектрических (ФЭ) установок промышленного масштаба с использованием данных теплового инфракрасного спутника MODIS. Метод учитывает эффекты смешения пикселей, геометрию массива и направленную излучательную способность ФЭ, что позволяет точно определять температуру на уровне панелей из космоса.

Китайская исследовательская группа разработала новую модель определения температуры поверхности панелей (PST), предназначенную специально для фотоэлектрических электростанций промышленного масштаба.

Предлагаемый подход основан на использовании спутниковых снимков в тепловом инфракрасном диапазоне (TIR) с умеренным разрешением и призван решить несколько давних проблем, связанных с неточным определением температуры на крупных фотоэлектрических установках.

«Новизна этого исследования заключается в том, что оно позволяет спутникам оценивать температуру поверхности фотоэлектрических панелей. Это было очень сложной задачей, поскольку солнечные электростанции представляют собой не однородные поверхности, а сложные смешанные объекты, состоящие из панелей, промежутков между ними и окружающего грунта», — рассказал автор исследования Кун Ян.

«Наш метод выходит за рамки традиционных способов определения температуры поверхности земли, поскольку учитывает трехмерную структуру фотоэлектрических панелей, изменение видимой площади панели в зависимости от угла обзора, а также необычно низкую направленную излучательную способность фотоэлектрических панелей, — сказал ученый. — Таким образом, мы предлагаем новый способ получения тепловой информации на уровне панелей на основе спутниковых наблюдений за солнечными электростанциями промышленного масштаба».

Новый метод основан на данных, полученных с помощью спектрорадиометра среднего разрешения (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS) — научного прибора на борту спутников NASA Terra и Aqua. Каждый пиксель MODIS с пространственным разрешением 1 км охватывает большую площадь, на которой обычно располагаются не только фотоэлектрические модули, но и межрядные промежутки, окружающая растительность, подъездные пути и оголенная почва. Таким образом, тепловой сигнал, регистрируемый датчиком, представляет собой смешанное излучение от различных типов растительного покрова, а не только от температуры фотоэлектрических модулей, которая является целевой переменной в данном исследовании.

Чтобы устранить это ограничение, исследовательская группа разработала метод пиксельной декомпозиции, позволяющий отделить фотоэлектрические модули от межрядных промежутков в каждом пикселе MODIS. Сначала с помощью снимков Sentinel-2 с высоким разрешением была проведена оценка доли фотоэлектрических модулей в каждом пикселе MODIS. Затем эта информация была объединена с трехмерной геометрической моделью расположения фотоэлектрических модулей, учитывающей наклон модулей, азимут, расстояние между рядами и геометрию обзора со спутника, чтобы определить, какая часть поверхности панелей фактически видна датчику.

Наконец, благодаря точному моделированию теплового воздействия компонентов, не относящихся к панелям, таких как открытая земля и межрядные пространства, исследователи смогли выделить радиационный сигнал, исходящий от фотоэлектрических модулей. Эта поправка позволяет более точно определять температуру поверхности панелей в промышленных масштабах с помощью тепловизионных спутниковых данных среднего разрешения.

Проверка результатов извлечения PST

Чтобы проверить достоверность метода, исследовательская группа сравнила результаты моделирования с наземными измерениями на двух крупных фотоэлектрических электростанциях: в засушливом районе в Уцзяцю, Синьцзян (северо-запад Китая), и в более влажном районе в Ганьцзы на востоке Тибетского нагорья, провинция Сычуань (юго-запад Китая). Температура панелей измерялась с помощью калиброванных термопар, установленных на задней поверхности фотоэлектрических модулей в четырех репрезентативных точках каждой установки.

Результаты показывают значительное повышение точности восстановления данных. В теплое время года предложенный алгоритм снизил среднеквадратическую ошибку (RMSE) с 10,8–18,9 °C при использовании традиционного базового подхода, основанного на показателях излучательной способности земной поверхности, до 3,7–8,6 °C. В то же время он значительно уменьшил систематический сдвиг в сторону более низких температур, снизив его с примерно −10–17 °C до −2–3 °C.

В целом эти улучшения — снижение абсолютной погрешности примерно на 10 °C — приводят к уменьшению погрешности моделирования мощности фотоэлектрических систем на 3–5 %. Такой уровень точности позволяет более достоверно оценивать эффективность фотоэлектрических систем и потенциал выработки энергии на основе спутниковых тепловых данных.

«Один из самых поразительных выводов заключается в том, что низкая излучательная способность фотоэлектрических панелей имеет даже большее значение, чем влияние направления света, — говорит Ян. — Если считать, что фотоэлектрические панели имеют такую же излучательную способность, как и типичная естественная поверхность, то полученная температура панелей будет систематически занижена примерно на 10 °C. Другими словами, для точного определения температуры фотоэлектрических панелей со спутника необходимо правильно рассчитать их излучательную способность».

Рабочий процесс алгоритма извлечения PST

Однако, как подчеркнул ученый, несмотря на то, что этот метод хорошо работает в теплое время года, зимой он дает гораздо менее точные результаты, в первую очередь из-за длинных теней и возможного снежного покрова. «Из-за этих факторов земля между рядами панелей холоднее, чем на близлежащих открытых участках, что может привести к существенному занижению температуры панелей. Чтобы решить эту проблему, мы планируем разработать новый подход к оценке температуры в затененных промежутках, а затем включить его в наш алгоритм восстановления данных», — сказал Ян.

«Наша долгосрочная цель — создать глобальный набор данных о температуре фотоэлектрических панелей промышленного масштаба для исследовательских и промышленных целей. Следующий важный шаг — лучше изучить те части солнечных электростанций, которые не являются панелями, особенно затененные промежутки между рядами панелей. Эти промежутки могут сильно влиять на спутниковые измерения в зимний период, — заключил он. — Мы также протестируем этот метод на других солнечных электростанциях с разными климатическими условиями и конфигурациями, включая системы с фиксированным наклоном и системы слежения за солнцем, чтобы понять, насколько широко его можно применять».

Новый подход был представлен в статье «Определение температуры поверхности фотоэлектрических панелей с помощью MODIS с учетом направленных эффектов», опубликованной в Международном журнале прикладных исследований Земли и геоинформатики. Ученые из китайского Университета Цинхуа, Центра исследований возобновляемых источников энергии при лаборатории Хуайжоу, Юго-Западного научно-исследовательского института энергетики SPIC, Инновационного центра фотоэлектрической промышленности SPIC, компании Qinghai Huanghe Hydropower Development, Научно-исследовательского института аэрокосмической информации при Китайской академии наук (AIRCAS), Университета Китайской академии наук и компании Huadian Xizang Energy внесли свой вклад в исследование.