Китайские исследователи проанализировали систему теплового насоса с парокомпрессионным термодинамическим циклом, которая использует отработанное тепло от солнечных панелей для предварительного нагрева поступающего воздуха и повышения эффективности отопления в холодном климате. Эксергетическая эффективность системы составила от 41,2 % до 49,3 %, при этом были снижены эксергетические потери в испарителе и предотвращено образование инея.

Фотоэлектрические системы на крыше в Германии

Исследовательская группа из Китайского университета Сихан провела эксергетический анализ и исследование чувствительности системы отопления с фотоэлектрически-тепловым (PVT) воздушным тепловым насосом (ASHP) для холодного климата и обнаружила, что система может обеспечить высокую адаптивность к низким температурам.

«В этом исследовании проводится систематический эксергетический анализ предлагаемой системы парокомпрессионного отопления и вентиляции с рекуперацией тепла, — сообщили исследователи. — Основные цели включают количественную оценку распределения потерь эксергии между ключевыми компонентами при типичных условиях отопления; изучение влияния температуры окружающей среды, относительной влажности и температуры предварительного нагрева на эксергетическую эффективность системы; проведение анализа чувствительности для определения наиболее значимых параметров; а также предложение целевых стратегий оптимизации на основе результатов эксергетического анализа».

Исследователи смоделировали систему в TRNSYS 18.0 для шестиэтажного офисного здания общей площадью 2065 м² в Сиане, Китай. Моделирование охватывало местный отопительный сезон с 15 ноября по 15 марта, при этом здание работало в будние дни с 8:00 до 18:00.

Система состояла из двух низкотемпературных тепловых насосов с воздушным источником тепла мощностью 90 кВт, 270 м² фотоэлектрических коллекторов с электрической мощностью 57,5 кВт, 200-литрового теплового аккумулятора и циркуляционных насосов.

Контур циркуляции воды улавливал отработанное тепло от фотоэлектрических панелей, что способствовало повышению их электрической эффективности. Уловленное тепло либо накапливалось для отопления помещений, либо передавалось через теплообменник «воздух-вода» для предварительного нагрева воздуха, поступающего в испаритель теплового насоса. Более высокая температура входящего воздуха улучшила условия работы испарителя, снизив образование инея и потери при размораживании, а также повысив термодинамическую эффективность теплового насоса.

ASHP включался, когда температура в баке опускалась ниже 40 °C, и выключался, когда она достигала 50 °C. Теплообменник предварительного нагрева работал, когда температура в баке была как минимум на 20 °C выше температуры окружающей среды.

В ходе анализа учитывались температуры окружающей среды от -10 °C до 10 °C, относительная влажность от 40 % до 90 % и температура предварительного нагрева от 3 °C до 15 °C.

«В отопительный сезон в Сиане общая полезная энергия системы достигает 80,25 % за счет отопления с помощью теплового насоса, а также тепловой и электрической энергии, вырабатываемой фотоэлектрическими панелями, — говорится в исследовании. — С точки зрения потерь эксергии, компрессор и испаритель являются доминирующими компонентами, на которые приходится 38,6 % и 22,55 % от общих потерь эксергии соответственно. Они являются основными слабыми звеньями, требующими оптимизации системы.»

Результаты также показали, что стратегия предварительного нагрева отработанным теплом парокомпрессионного холодильного агрегата значительно снижает потери эксергии в испарителе. Максимальное снижение составило 44,3 % при температуре -10 °C, а при 10 °C — 38,0 %.

Эксергетическая эффективность системы варьировалась от 41,2 % до 49,3 % в диапазоне температур окружающей среды от -10 °C до 10 °C и повышалась при более высокой относительной влажности. Эксергетическая эффективность показывает, насколько эффективно система преобразует максимальную полезную работу, доступную от источника энергии, в полезный результат с учетом термодинамических потерь.

По словам исследователей, полученные результаты свидетельствуют о высокой адаптивности к низким температурам и подавлении образования инея в холодных и влажных условиях.

«Эксергетическая эффективность системы достигает пика в 48,1 % при температуре предварительного нагрева 9 °C, что указывает на оптимальный интервал предварительного нагрева, — заявили исследователи. — Анализ чувствительности показывает, что температура окружающей среды (0,82 %/°C) и температура предварительного нагрева (0,65 %/°C) являются наиболее чувствительными параметрами, которые определяют четкие приоритеты управления и цели оптимизации для практической эксплуатации.»

Исследователи представили свои выводы в статье «Анализ эксергии и исследование чувствительности системы отопления с тепловым насосом, использующим воздух в качестве источника, в условиях холодного климата», опубликованной в Case Studies in Thermal Engineering.

Аккумулятор FIAMM FG 20451 https://invertory.ru/product/fiamm-fg-20451/

В ходе годичного эксперимента на открытом воздухе в Милане было установлено, что у фотоэлектрического модуля с подложкой из материала с фазовым переходом медианный конвективный тепловой поток с тыльной стороны на 45,2% ниже, чем у эталонного модуля. Исследователи также обнаружили, что термическая история материала с фазовым переходом влияет на отвод тепла, даже если его тыльная поверхность имеет ту же температуру.

Иллюстрация экспериментальной установки

Исследовательская группа из Миланского политехнического университета в Италии изучала теплопередачу с тыльной стороны фотоэлектрических модулей, оснащенных материалом с фазовым переходом (МФП). Экспериментальное исследование, длившееся год, было направлено на реконструкцию и интерпретацию конвективной и инфракрасной радиационной теплопередачи с тыльной стороны модулей. Целью исследователей было определить, как использование МФП влияет на теплообмен с тыльной стороны, и оценить его потенциал для улучшения терморегулирования фотоэлектрических модулей.

Фазовые переходы — это процессы, при которых вещества могут поглощать, накапливать и выделять большое количество скрытой теплоты, изменяя свое физическое состояние, например при плавлении и затвердевании. В фотоэлектрических системах они в основном используются для пассивного управления температурным режимом. Фазовые переходы, установленные в задней части модуля, поглощают избыточное тепло при повышении температуры, помогая снизить рабочую температуру модуля и потенциально улучшить его электрические характеристики. В предыдущих публикациях освещались исследования в области охлаждения фотоэлектрических систем с помощью фазовых переходов, нескольких фазовых переходов с разными температурами плавления и парафина как материала для пассивного охлаждения. PCM также могут выступать в качестве накопителей тепла, сохраняя избыточное тепло от фотоэлектрических модулей для последующего использования.

«Наше исследование выходило за рамки обычной оценки систем фотоэлектрических модулей с фазовым переходом в твердом состоянии с точки зрения снижения температуры или электрических характеристик и было направлено непосредственно на изучение механизмов теплопередачи с обратной стороны», — рассказал автор исследования Доменико Маццео.

«Мы экспериментально реконструировали и разделили конвекцию, длинноволновое инфракрасное излучение и обратное коротковолновое излучение за почти год работы на открытом воздухе, — сказал он. — Это позволило нам изучить, как интеграция PCM влияет на сами тепловые граничные условия, включая эффекты теплоаккумуляции и тепловой памяти, а не рассматривать PCM просто как дополнительный пассивный слой охлаждения».

В рамках эксперимента исследователи протестировали два монокристаллических фотоэлектрических модуля мощностью 305 Вт на крыше Миланского политехнического университета с 11 июня 2024 года по 31 мая 2025 года. Каждый модуль состоял из 60 элементов, имел размеры 1660 мм × 990 мм и был установлен под углом 30 градусов. Один из них служил эталонным модулем, а другой был оснащен 6,83 кг неорганического фазового перехода на основе гидратированной соли, заключенной в 258 герметичных карманов и способной плавиться при температуре около 29 °C.

Исследователи измерили температуру тыльной поверхности, тепловой поток и погодные условия, а затем проанализировали синхронизированные измерения, проводившиеся с интервалом в одну минуту, чтобы оценить количество тепла, выделяемого за счет конвекции и инфракрасного излучения. Это позволило им сравнить, как два модуля рассеивали тепло в течение почти года эксплуатации на открытом воздухе. Набор данных включал 502 364 синхронизированных записи, из которых 125 469 соответствовали критериям для парного сравнения.

Ежемесячная теплопередача с тыльной стороны за счет воздушного потока (вверху) и излучения (внизу)

«Самым поразительным результатом стало то, что конвекция и излучение влияли на модуль совершенно по-разному, — сказал Маццео. — Среднегодовой эффективный коэффициент конвективной теплопередачи составил 5,64 Вт/(м² К) для модуля с фотоэлектрическим и терморегулирующим материалом и 9,74 Вт/(м² К) для эталонного фотоэлектрического модуля, что соответствует снижению на 42,1 % на уровне сборки. Средний конвективный тепловой поток также был на 45,2 % ниже». Это разделение сохранялось на протяжении всех месяцев, при разных скоростях ветра и конвективных режимах, а также при анализе неопределённости».

В то же время коэффициенты излучения в длинноволновом диапазоне остались практически неизменными и составили 5,85 Вт/(м² К) и 5,88 Вт/(м² К) при базовом показателе с учетом коэффициента излучения, несмотря на разницу в инфракрасном тепловом потоке в 15,4 %.

«Другими словами, интеграция PCM сильно изменила время и величину эффективного конвективного отвода тепла, в то время как коэффициент излучения по-прежнему в основном зависел от коэффициента излучения и абсолютной температуры», — сказал Маццео.

«Еще одним интересным наблюдением стала важность термической истории, — сказал исследователь. — На смешанную конвекцию приходилось около 61 % парных наблюдений, а задняя поверхность PCM находилась в практическом диапазоне перехода от 27 °C до 31 °C примерно 433 часа». Одна и та же температура поверхности может иметь место при различных внутренних тепловых состояниях, что показывает, что одной мгновенной температуры недостаточно для описания поведения теплопередачи системы PV-PCM ”.

Для дальнейших исследований команда Маццео планирует продлить эксперимент на несколько лет и дополнить его прямыми измерениями локального воздушного потока за модулями, распределенным измерением температуры и теплового потока, а также геометрически подобранной эталонной конфигурацией неактивного PCM.

«Мы также заинтересованы в определении характеристик фотоэлектрических систем с пассивным охлаждением до и после кампании, а также в использовании этих долгосрочных измерений для проверки динамических моделей фотоэлектрических систем с пассивным охлаждением на основе многолетних данных о погоде, — заключил Маццео. — В конечном счете наша цель — разработать более надежные граничные условия и инструменты проектирования для прогнозирования долгосрочных тепловых и электрических характеристик фотоэлектрических систем с пассивным охлаждением в различных климатических условиях и конфигурациях».

Исследование описано в статье «Экспериментальная конвективная и инфракрасная теплопередача с тыльной стороны в наклонном фотоэлектрическом модуле с материалом, меняющим фазовое состояние,» опубликованной в журнале Applied Thermal Engineering.

Аккумулятор FIAMM FG 22703 https://invertory.ru/product/fiamm-fg-22703/

Согласно новому исследованию, ориентация солнечных панелей на восток и запад, а не на север, может помочь австралийским домохозяйствам оптимизировать использование возобновляемых источников энергии местного производства и повысить стабильность электросети.

По мнению исследователей из Аделаидского университета, ориентация солнечных панелей на крыше на восток и запад, а не на север, позволит австралийским домохозяйствам максимально повысить свою энергетическую самодостаточность и сократить использование невозобновляемых источников энергии, импортируемых из сети.

Изменение направления панелей таким образом, чтобы выработка возобновляемой энергии на месте лучше соответствовала нагрузке, также может сократить нежелательный экспорт солнечной энергии в середине дня, что поможет повысить стабильность энергосистемы.

Солнечные панели обычно устанавливают так, чтобы они были обращены к экватору, для получения максимального годового количества энергии, но, по словам исследователей Киррили Роу и Питера Падни, мощность, вырабатываемая такими системами, как правило, не соответствует традиционным бытовым нагрузкам.

«Типичный профиль нагрузки в жилых домах имеет пик утром и более высокий пик ближе к вечеру или ночью, в то время как мощность, вырабатываемая фотоэлектрическими панелями, обращёнными к экватору, достигает максимума в середине дня», — заявили они, добавив, что «ориентацией панелей в разных направлениях можно свести к минимуму разницу между нагрузкой и выработкой».

Исследователи проанализировали данные более чем по 70 отдельным жилым домам и многоквартирному дому на 42 квартиры за три года. Все объекты недвижимости расположены в Южной Австралии, которая стала одним из мировых лидеров по внедрению возобновляемых источников энергии. Солнечные и ветряные электростанции обеспечивают более 70% годовой выработки электроэнергии в штате, а более 54% домов оснащены солнечными панелями на крыше.

Широкое внедрение фотоэлектрических систем и, как следствие, солнечной энергетики снизило спрос в дневное время, но высокий уровень потребления сохраняется утром и днем, создавая в это время выраженные пики нагрузки.

Кроме того, высокая выработка солнечной энергии и ее экспорт в середине дня могут привести к превышению допустимых значений напряжения в распределительной сети. В связи с этим поставщик услуг распределительной сети в Южной Австралии принимает меры по ограничению экспорта солнечной энергии от жилых домов в общую сеть.

По словам исследователей, одним из решений проблемы является изменение направления панелей.

«Мы показали, что при мощности менее 1,4 кВт для частных домов и 1 кВт для квартир панели, обращенные на север, обеспечивают максимальную годовую автономность, — заявили они. — При большей мощности оптимальная ориентация панелей — на восток и запад — обеспечивает максимальную автономность».

Поскольку мощность большинства новых солнечных установок на крышах в Австралии сейчас превышает 10 кВт, исследователи считают, что необходимо учитывать ориентацию панелей.

«Первоначальное размещение панелей для минимизации дефицита энергии было ориентировано в основном на север, потому что в середине дня нагрузка достаточна для использования вырабатываемой энергии», — сказали они. «Однако по мере увеличения площади фотоэлектрических панелей большая автономность достигается за счет переноса панелей с северной стороны и установки их на северо-западе и северо-востоке, а затем на востоке и западе или на востоке и северо-западе».

«Оптимальная ориентация для фотоэлектрических панелей мощностью более 1,4 кВт на одно домохозяйство — не на север».

Результаты исследования были представлены в статье «Ориентация фотоэлектрических панелей для достижения максимальной автономности в жилых районах», опубликованной в ScienceDirect.

Аккумулятор FIAMM 12 FGHL 34 https://invertory.ru/product/fiamm-12-fghl-34/

Профессиональная свинцово-кислотная батарея FIAMM FG 11201

Немецкие исследователи разработали систему интеграции моделирования гибридных тепловых насосов в технико-экономическую оценку последовательности и комплексности модернизации зданий. На примере одного здания показано, что сроки проведения модернизации могут существенно повлиять на потребность в отоплении и экономическую эффективность всей модернизации.

Исследовательская группа из Германии разработала новую систему для объединения и планирования мер по модернизации зданий с использованием гибридных систем с тепловыми насосами. Гибридная система сочетает в себе недавно установленный тепловой насос типа «воздух-вода» и существующий котел, работающий на ископаемом топливе, который обеспечивает оставшуюся потребность в отоплении. Предложенный подход сочетает в себе технико-экономическую оценку мер по модернизации с моделированием работы гибридной системы на разных этапах процесса модернизации.

«Исследование не ограничивается рассмотрением взаимозависимостей между мерами по модернизации в динамике, возникающими в результате различных стратегий объединения и последовательности мер», — рассказал автор исследования Тим Шаффитцель.

«В рамках исследования также рассматривается, как меняется режим работы гибридного теплового насоса в зависимости от мер по модернизации, реализуемых на каждом этапе, — добавил он. — Таким образом, исследование сочетает в себе технико-экономическую оценку мер по модернизации с детальным моделированием работы системы гибридного теплового насоса на протяжении всего переходного периода.»

В рамках исследования оцениваются пять мер: установка теплового насоса «воздух-вода», утепление крыши, утепление стен, замена окон и вентиляция с рекуперацией тепла. Исследователи сравнивают различные комбинации и последовательности мер, рассчитывая потребность в отоплении на каждом этапе и моделируя долю тепла, поступающего от теплового насоса и существующего котла. Затем исследователи сопоставляют эти результаты с инвестиционными и эксплуатационными затратами, чтобы рассчитать чистую приведенную стоимость, срок окупаемости и модифицированную приведенную стоимость каждой меры и плана модернизации.

«При наличии пяти мер по модернизации теоретически существует 541 возможный план действий, основанный на различных комбинациях объединения и последовательности мер, — сказал Шаффицель. — Однако на практике такие ограничения, как финансирование, ограничивают количество реалистичных планов модернизации».

Методологический подход

Команда применила эти ограничения к муниципальному спортивному и выставочному залу площадью 888 м², построенному в 1975 году в Ройтлингене, Германия. В здании установлен жидкотопливный котел мощностью 339 кВт, введенный в эксплуатацию в 2002 году. Тепло распределяется через радиаторы и систему вентиляции без рекуперации тепла.

Исследователи ограничили каждый пакет двумя мерами и потребовали установить тепловой насос и провести ремонт крыши в рамках первых двух этапов, чтобы сосредоточиться на сокращении выбросов на ранних этапах и создать условия для установки солнечных батарей на крыше. С учетом этих ограничений количество теоретических дорожных карт сократилось до 18, из которых исследователи выбрали три сценария для детальной оценки.

В сценарии 1 тепловой насос и система вентиляции с рекуперацией тепла были установлены в 2026 году, затем в 2028 году была проведена теплоизоляция крыши, а в 2030 году — теплоизоляция стен и замена окон. В сценарии 2 тепловой насос был установлен вместе с теплоизоляцией крыши в 2026 году, затем в 2028 году была установлена система вентиляции с рекуперацией тепла, а остальные меры были приняты в 2030 году. Согласно третьему сценарию, в 2026 году мы утеплили крышу и установили вентиляцию с рекуперацией тепла, в 2028 году добавили тепловой насос, а в 2030 году завершили модернизацию стен и окон.

Наибольшая чистая приведенная стоимость (NPV) была достигнута в сценарии 3 — 89,71 евро (102,90 доллара США) на м² по сравнению с 80,25 евро на м² в сценарии 2 и 76,94 евро на м² в сценарии 1. Исследователи связывают этот результат с большим и ранним снижением потребности в отоплении, достигнутым за счет сочетания утепления крыши и вентиляции с рекуперацией тепла. В этом сценарии также наблюдалась самая низкая совокупная потребность в отоплении за весь период модернизации. Все отдельные меры, кроме утепления стен, оказались экономически целесообразными.

«Примечательно, что приведенная стоимость экономии энергии и замены системы отопления (LCSE/LCCH) и чистая приведенная стоимость значительно более чувствительны к изменениям инвестиционных затрат, чем к колебаниям цен на энергоносители», — сказал Шаффицель.

Он добавил, что выбор мощности теплового насоса также может существенно повлиять на экономическую целесообразность модернизации. «Учитывая, что системы отопления часто проектируются с избыточной, а не недостаточной мощностью, последствия избыточной мощности для экономической целесообразности, выражаемой в показателе LCSE, весьма значительны, — сказал он. — Тепловой насос избыточной мощности улучшает показатель LCSE, поскольку избыточная мощность снижает сезонный коэффициент производительности. Следовательно, более высокое потребление электроэнергии увеличивает экономию на энергоносителях, что повышает денежный поток от мер по модернизации».

Эта концепция описана в исследовании «Влияние объединения и последовательности мер в дорожных картах по модернизации с использованием гибридных систем с тепловыми насосами — пример муниципального нежилого здания в Германии», опубликованном в Energy Reports. В исследовательскую группу вошли ученые из Штутгартского университета и Университета Ройтлингена в Германии.

Высокие эксплуатационные качества, надежность и безотказность аккумулятора FIAMM 12 FIT 60

Компания Siltrax представила серию C2 — платформу водородных топливных элементов с воздушным охлаждением мощностью от 2 до 6 кВт для беспилотных летательных аппаратов, портативных источников питания и автономных систем. Система сочетает в себе архитектуру с закрытым катодом, тупиковую конфигурацию анода и биполярные пластины на основе кремния, что позволяет снизить вес и сложность системы.

Система топливных элементов серии C2

Австралийская компания, специализирующаяся на водородных технологиях, Siltrax выпустила серию C2 — платформу на водородных топливных элементах с воздушным охлаждением, предназначенную для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), портативных энергетических систем и автономных приложений.

По словам представителей компании, новая система топливных элементов обеспечивает выходную мощность от 2 до 6 кВт, а конфигурация мощностью 3,6 кВт служит эталонной архитектурой для оценки и системной интеграции. Несколько модулей могут работать параллельно, обеспечивая мощность до 24 кВт.

Согласно техническим данным, опубликованным компанией Siltrax, размер корпуса C2 составляет 216 мм × 155 мм × 186 мм, а вес — 3,48 кг, включая охлаждающий вентилятор. Диапазон рабочих температур составляет от 40 °C до 60 °C, а диапазон температур окружающей среды — от -20 °C до 40 °C.

Siltrax указывает объемную и гравиметрическую удельную мощность в 3,78 кВт/л и 2,13 кВт/кг соответственно, хотя компания отмечает, что эти показатели относятся к блоку ячеек и не включают торцевые пластины и систему крепления.

В C2 используется архитектура с воздушным охлаждением: специальные вентиляторы прогоняют окружающий воздух через охлаждающие каналы в корпусе. По словам представителей Siltrax, это позволяет обойтись без насосов, контура охлаждающей жидкости и сопутствующих трубопроводов, необходимых для систем топливных элементов с жидкостным охлаждением.

В отличие от обычных топливных элементов с воздушным охлаждением и открытым катодом, C2 имеет конструкцию с закрытым катодом, которая отделяет охлаждающий воздух от катодного реакционного воздуха. По словам представителей компании, это позволяет независимо контролировать расход, давление и фильтрацию кислорода, а также снижает воздействие загрязняющих веществ из окружающего воздуха на дымовую трубу.

В системе также используется тупиковая анодная конфигурация, которая, по словам представителей Siltrax, обеспечивает эффективное использование водорода без постоянно работающего контура рециркуляции водорода, что снижает количество компонентов и вес системы.

В основе серии C2 лежат биполярные пластины на основе кремния от Siltrax, разработанные как альтернатива традиционным графитовым и металлическим пластинам. По словам представителей компании, кремний позволяет делать пластины тоньше и уменьшать объем стопки, что способствует повышению удельной мощности, а его коррозионная стойкость призвана увеличить срок службы. В Siltrax также заявили, что эта технология может использовать устоявшиеся производственные процессы, оборудование и цепочки поставок из солнечной и полупроводниковой промышленности, что потенциально снизит производственные затраты по мере масштабирования производства.

Производитель ориентируется на сферы применения, где критически важны вес и габариты системы, в том числе коммерческие и промышленные беспилотные летательные аппараты, автономные системы, мобильные генераторы и удалённые энергетические установки.

Siltrax сообщила, что серия C2 уже доступна для продажи, а в Азиатско-Тихоокеанском регионе проводятся программы интеграции с заказчиками и демонстрации для партнёров. Компания представит платформу на Всемирной выставке водородных технологий в Гамбурге, Германия, с 20 по 22 октября.

Широкий ассортимент аккумуляторов FIAMM FG 20722

В Квинсленде начала работу первая в Австралии натрий-серная батарея, подключенная к сети. Она обеспечивает энергией предприятие по переработке критически важных полезных ископаемых и является реальной демонстрацией технологии длительного хранения энергии.

Компания по производству передовых материалов Lava Blue ввела в эксплуатацию натрий-серную аккумуляторную систему хранения энергии мощностью 250 кВт / 1,45 МВтч (NAS) на своем предприятии в Центре прогнозных исследований специальных материалов (PRiSM) на юго-востоке Брисбена, что ознаменовало первое подключение технологии к Национальному рынку электроэнергии (NEM).

Аккумулятор, произведенный японской компанией NGK, был интегрирован с существующей на объекте солнечной электростанцией мощностью 200 кВт и подключен к местной распределительной сети Energex.

Lava Blue заявила, что солнечная и аккумуляторная системы могут обеспечить до 100% пиковой рабочей нагрузки PRiSM, поддерживая переработку критически важных минералов в материалы высокой чистоты, которые используются в цепочках поставок для производства аккумуляторов, полупроводников и высокотехнологичной продукции.

Проект был реализован в рамках инициативы Квинслендского технологического университета (QUT) Queensland Energy Storage Technology (QUEST) Hub, финансируемой правительством штата и направленной на ускорение разработки и коммерциализации аккумуляторных материалов, химических составов и систем.

Управляющий директор Lava Blue Майкл Макканн заявил, что проект представляет собой реальную демонстрацию технологии аккумуляторных батарей NAS, демонстрирующую ее потенциал в области хранения энергии на длительное время для обеспечения работы коммерческих и промышленных объектов, а также для поддержания надежности энергосистемы.

«Компания PRiSM была создана для того, чтобы преодолеть разрыв между лабораторными исследованиями и обработкой материалов в промышленных масштабах, поэтому это идеальная среда для демонстрации технологии аккумуляторных батарей длительного действия в реальных условиях эксплуатации, — сказал он.

— Наши передовые процессы обработки материалов включают высокотемпературные и другие энергоемкие операции. Интеграция солнечной генерации с накопителями большой емкости дает нам возможность обеспечивать эти нагрузки возобновляемой энергией в течение длительного времени и лучше понять, как современное производство может работать в связке с будущими энергетическими системами.

В настоящее время на рынке аккумуляторов доминирует литий-ионная технология, но у нее есть свои ограничения: как правило, она обеспечивает кратковременное хранение энергии — от двух до четырех часов. Аккумуляторы NAS способны разряжаться в течение шести часов и более при номинальной емкости, что делает эту технологию подходящей для таких областей применения, как стабилизация возобновляемых источников энергии, управление пиковым спросом и обеспечение стабильности энергосистемы.

По словам представителей Lava Blue, эта технология имеет более чем 20-летний опыт коммерческой эксплуатации по всему миру, при этом около 5 ГВт·ч было использовано в более чем 250 сферах.

Первая в Австралии аккумуляторная система NAS была внедрена в 2023 году как часть микросети на горнодобывающей площадке в Западной Австралии, в то время как компания CleanCo, производящая электроэнергию в Квинсленде, ранее объявила о планах опробовать технологию.

Директор QUEST Hub Джошуа Уоттс (Joshua Watts) сказал, что установка PRiSM распространяет эту работу на промышленные предприятия, подключенные к сети, предоставляя дополнительный опыт эксплуатации для потенциального будущего внедрения технологии NAS в Австралии.

“Успешный ввод в эксплуатацию первой в Австралии аккумуляторной системы хранения энергии NAS, подключенной к сети, знаменует собой важную веху”, - сказал он. «В рамках проекта исследователи, представители промышленности и правительства объединили усилия, чтобы продемонстрировать альтернативную технологию хранения энергии на длительный срок в реальных промышленных условиях».

Компания Allset Energy из Виктории обеспечила электротехническую, монтажную и системную интеграцию проекта, включая разработку интерфейса между аккумуляторной батареей NAS, солнечной электростанцией PRiSM, объектом и электросетью.

Компания Advanced Converter Solutions (ACS) из Квинсленда разработала и поставила двунаправленную платформу DC-DC преобразователей, которая позволила интегрировать аккумуляторную систему с высоковольтной инфраструктурой постоянного тока проекта. Более 80% специально разработанного блока управления было произведено с использованием австралийских комплектующих.

На сайте инверторы.ру можно подобрать Аккумулятор FIAMM 12 FLB 100 P

Китайские исследователи протестировали гибридный тепловой насос для сточных вод из душевых кабин и воздуха в университетских общежитиях. В течение года коэффициент преобразования энергии стабильно составлял от 3,4 до 4,1 в месяц. Система сократила ежегодные выбросы углекислого газа на 77,77 % и обеспечила более низкую стоимость жизненного цикла по сравнению с традиционными котлами в типичных рыночных условиях.

Исследователи из Китая разработали тепловой насос, использующий сточные воды из душевых (WSHP), в сочетании с тепловым насосом, использующим воздух (ASHP). Они наблюдали за работой системы в течение года в университетских общежитиях и оценивали ее энергоэффективность, стоимость жизненного цикла (LCC) и воздействие на окружающую среду.

WSHP остаются нишевой технологией, хотя для крупных жилых, административных и гостиничных комплексов доступны коммерческие системы рекуперации тепла сточных вод и продукты на основе тепловых насосов.

«В этом исследовании представлена комбинированная система WSHP-ASHP, которая рекуперирует тепло из сточных вод душевых и обеспечивает такое же количество горячей воды для душа во время его принятия», — сообщили исследователи. «На основе фактических эксплуатационных данных за один год, таких как температура на входе и расход пресной воды и сточных вод, температура в резервуаре и ежедневное энергопотребление системы, было проведено динамическое моделирование и комплексный анализ преимуществ».

Исследователи установили систему в двух студенческих общежитиях на территории кампуса Китайского нефтяного университета в Циндао, провинция Шаньдун, Китай, где проживают около 2500 студентов. Система состоит из водогрейной установки мощностью 200 кВт, установки горячего водоснабжения мощностью 120 кВт, резервуара для горячей воды объемом 40 м³ и резервуара для сточных вод объемом 40 м³.

Основным источником тепла является система рекуперации тепла сточных вод, включающая в себя теплообменник предварительного нагрева и два цикла сжатия пара. Когда уровень сточных вод в накопительном баке достигает заданного значения, система рекуперации тепла сточных вод восстанавливает его и использует для нагрева эквивалентного объема поступающей пресной воды.

ASHP обеспечивает дополнительное отопление, когда объем сточных вод недостаточен или WSHP не может нагреть воду до нужной температуры. В нерабочее время ASHP поддерживает температуру в баке для горячей воды.

Система обеспечивает ванные комнаты горячей водой с 12:00 до 23:00 и управляется в зависимости от температуры воды и доступного объема сточных вод. Исследователи использовали онлайн-платформу для мониторинга, чтобы собирать почасовые данные о работе системы, включая температуру воды, скорость потока, температуру в резервуаре и потребление электроэнергии.

Группа также построила автономную экспериментальную систему WSHP для проверки ее эффективности в различных рабочих условиях. Установка включала в себя теплообменник предварительного нагрева, низко- и высокотемпературные ступени теплового насоса, резервуары для горячей воды и сточных вод, насосы и измерительное оборудование.

Исследователи варьировали температуру поступающей пресной воды и скорость потока пресной воды и сточных вод. Они повторили каждое рабочее условие семь раз, чтобы определить тепловую мощность системы, энергопотребление и коэффициент полезного действия (КПД).

Затем группа смоделировала всю гибридную систему в TRNSYS. Модель учитывала измеренную потребность в горячей воде, температуру и расход сточных вод в общежитиях, местные погодные данные, кривые производительности, полученные в ходе экспериментов с автономными системами, а также данные производителя о системах с солнечными панелями.

Исследователи проверили модель, сопоставив ее с почасовыми показателями температуры в резервуарах и месячным потреблением электроэнергии, зафиксированными операционной системой. Затем они использовали ее для расчета годовой выработки тепла, потребности в электроэнергии и сезонного коэффициента полезного действия.

«Результаты показывают, что максимальная относительная погрешность при измерении температуры в резервуаре в течение часа не превышает 9 %, а относительная погрешность при измерении энергопотребления в течение месяца составляет не более 6 %», — сообщили исследователи. «Моделирование системы WSHP-ASHP в TRNSYS показывает, что, в отличие от ASHP, коэффициент полезного действия WSHP выше всего зимой и ниже всего летом. Ежемесячный показатель COP WSHP-ASHP относительно стабилен в течение года и составляет от 3,4 до 4,1”.

Результаты также показали, что гибридная система обеспечивает значительные преимущества LCC по сравнению с обычными котлами и обеспечивает самые низкие выбросы углекислого газа. Это сокращает ежегодные выбросы углекислого газа на 77,77% по сравнению с электрическим котлом и на 60,76% по сравнению с котлом, работающим на угле.

Контурный график разницы в удельных капитальных затратах также показал, что система WSHP-ASHP сохраняет экономическое преимущество перед газовым котлом в типичных рыночных условиях.

Исследователи описали систему в статье «Технико-экономическая и экологическая оценка теплового насоса, использующего сточные воды из душевых, в сочетании с тепловым насосом, использующим воздух, на основе проверки фактических эксплуатационных данных», опубликованной в журнале Case Studies in Thermal Engineering. В исследовательскую группу вошли ученые из китайского Сианьского университета транспорта, Китайского университета науки и технологий и компании Jiangsu Hengxin Norking Technology.

Аккумулятор FIAMM FG 10121

Исследователи заменили традиционный буферный слой SnOₓ толщиной 20 нм на слой AlOₓ толщиной всего 3 нм, нанесенный методом атомно-слоевого осаждения, который защищал инвертированные перовскитные элементы от повреждений, вызванных распылением ITO, сохраняя при этом эффективный вывод заряда. В результате эффективность устройств превысила 17 % в полупрозрачных элементах и 26 % в тандемах перовскита и кремния, при этом сократилось использование материалов и время изготовления.

Схема солнечного элемента

Международная исследовательская группа предложила использовать тонкий буферный слой из оксида алюминия (AlOₓ) в инвертированных перовскитных солнечных элементах для подавления межфазной рекомбинации зарядов и защиты перовскита, тем самым повышая эффективность и стабильность работы.

Слой, нанесенный методом атомно-слоевого осаждения (ALD), расположен между электронно-транспортным слоем из бакминстерфуллерена (C₆₀) (ETL) и напыленным контактом из оксида индия и олова (ITO).

«Новизна этого исследования заключается в том, что мы продемонстрировали, что традиционный буферный слой SnO₂ толщиной от 10 до 20 нм, который обычно используется для предотвращения повреждений при распылении, можно заменить гораздо более тонким, но при этом более однородным слоем AlOₓ», — рассказала автор исследования Стефани Эссиг. «Мы были удивлены, обнаружив, что слой AlOₓ толщиной 3 нм обеспечивает эффективный отвод носителей заряда через границу раздела C₆₀/ITO».

«Мы планируем и дальше оптимизировать процесс напыления прозрачного проводящего оксида (TCO), чтобы уменьшить повреждения, вызванные напылением, а также провести расширенные испытания на стабильность работы устройства», — сказала она.

Чтобы оценить буферные слои, исследователи изготовили полупрозрачные инвертированные перовскитные солнечные элементы со слоями AlOₓ или SnOₓ, нанесенными методом атомно-слоевого осаждения, между электронопроводящим слоем C₆₀ и напыленным ITO-электродом. Они протестировали слои AlOₓ толщиной 1,5 нм, 3 нм, 5 нм, 8 нм и 15 нм, сравнив их характеристики с ячейками без буфера и эталонными устройствами со слоями SnOₓ толщиной 3 нм, 10 нм и 20 нм.

Команда также изучила влияние температуры осаждения методом атомно-слоевого осаждения, сравнив слои AlOₓ, осажденные при температуре 75 °C и 80 °C. Они оптимизировали процесс с помощью повторяющейся последовательности водных импульсов.

Ученые создали верхнюю инвертированную ячейку со стеклянной подложкой и подложкой из оксида индия и олова (ITO), покрытой дырочно-селективным слоем Me-4PACz и наночастицами оксида кремния. Между перовскитным поглотителем и 20-нанометровым электронопроводящим слоем из C₆₀ был размещен промежуточный слой из оксида алюминия (AlOₓ) толщиной примерно 1,4 нм. Устройство было дополнено 25-нанометровым слоем оксида олова, нанесенным методом атомно-слоевого осаждения, и 130-нанометровым серебряным электродом. Покрытие из фторида лития толщиной 100 нм на стеклянной стороне служило антибликовым слоем.

Ученые использовали микроскопию, спектроскопию, рентгеновскую дифракцию, фотолюминесценцию и электрические измерения для оценки морфологии, покрытия, химического состава, устойчивости к напылению и свойств переноса заряда. Затем они внедрили оптимизированный слой AlOₓ толщиной 3 нм в монолитные двухполюсники на основе перовскита и кремния и сравнили их характеристики с характеристиками ячеек с обычным буферным слоем SnOₓ толщиной 20 нм.

Результаты показали, что при низкоэнергетическом магнетронном распылении буферный слой AlOₓ толщиной 3 нм эффективно подавляет повреждения, вызванные распылением, в отличие от слоя толщиной 1,5 нм. Устройства со слоем AlOₓ толщиной 3 нм показали такие же результаты, как и устройства со слоем SnOₓ толщиной 20 нм: эффективность преобразования энергии составила более 17 % в полупрозрачных перовскитных элементах и более 26 % в перовскитно-кремниевых тандемных устройствах.

По словам исследователей, использование тонкого слоя AlOₓ в качестве устойчивого к распылению буферного слоя дает ряд преимуществ, в том числе возможность плотного и равномерного осаждения из газовой фазы, снижение расхода материала и ускорение производства будущих перовскитных тандемных и полупрозрачных устройств.

Исследование «Устойчивый к распылению слой оксида алюминия позволяет создавать надежные перовскитные тандемные солнечные элементы» было опубликовано в Materials Today. В исследовании приняли участие ученые из Штутгартского университета в Германии, Исследовательского центра Юлиха и Solarlab Aiko Europe, а также из Международной иберийской лаборатории нанотехнологий в Португалии.

Аккумулятор FIAMM FG 10721

Исследователи применили метод коассемблирования с нарушением симметрии для улучшения покрытия и качества интерфейса в инвертированных перовскитных солнечных элементах, достигнув эффективности 26,32 % и подтвердив результат на уровне 25,67 %. Герметичное устройство сохранило 93 % своей первоначальной эффективности после 1150 часов работы в точке максимальной мощности.

Международная исследовательская группа разработала новую стратегию улучшения самоорганизующихся монослоев (СОМ), используемых в качестве слоев для переноса дырок в инвертированных перовскитных солнечных элементах. Метод, получивший название «соассемблирование с нарушением симметрии» (Symmetry-breaking co-assembly, SBC), предполагает сочетание симметричных и асимметричных молекул для подавления агрегации и улучшения покрытия поверхности.

«Вместо того чтобы синтезировать сложные и дорогостоящие асимметричные молекулы, мы добиваемся преимуществ молекулярной асимметрии путем совместной сборки широко используемого симметричного самоорганизующегося монослоя (MeO-2PACz) с простой асимметричной сопряженной молекулой (DTCA)», — рассказал автор исследования Том Ву. «Такой подход подавляет самоагрегацию молекул, значительно увеличивает площадь покрытия и улучшает качество границы раздела».

По словам Ву, его команда также разработала метод количественной атомно-силовой микроскопии и инфракрасной спектроскопии (АСМ-ИК) для прямого измерения площади покрытия самоорганизующегося монослоя на наноуровне.

«В совокупности эти достижения позволили добиться сертифицированной эффективности выше 25,6 % и превосходной стабильности работы, создав новую практическую основу для разработки интерфейсов в перовскитных фотоэлектрических элементах», — добавил он.

Исследователи выбрали MeO-2PACz в качестве молекулы-хозяина и сравнили ее с двумя коассембриями, нарушающими симметрию, в состав которых входят либо 2-тиофенкарбоновая кислота (ТСК), либо дибензо[b,d]тиофен-4-карбоновая кислота (ДБТК). Они нанесли составы MeO-2PACz, MeO-TCA и MeO-DTCA из растворов в изопропаноле с концентрацией 0,7 мг/мл на обработанные плазмой подложки из оксида индия и олова (ITO) методом центрифугирования при скорости вращения 3000 об/мин в течение 30 секунд. Затем образцы отжигали при температуре 100 °C в течение 10 минут.

Моделирование молекулярной динамики показало, что DTCA быстро связывается с субстратом ITO и подавляет агрегацию MeO-2PACz. Измерения АСМ-ИК показали покрытие поверхности 60,6% только для MeO-2PACz, 62,2% для MeO-TCA и 82,4% для MeO-DTCA.

Команда также сравнила молярные соотношения MeO и DTCA 3: 1, 4: 1 и 5: 1 и протестировала только DTCA. Оптимальным составом была признана смесь в соотношении 4:1.

Молекулярная сборка

“Смешав стандартную для отрасли симметричную SAM MeO-2PACz с малой асимметричной молекулой (DTCA), мы увеличили покрытие поверхности SAM более чем на 30%, что было определено непосредственно количественно с использованием недавно разработанного метода АСМ-ИК-анализа”, - сказал Ву. “Мы были поражены, обнаружив, что стратегическое нарушение молекулярной симметрии может дать солнечным элементам так много преимуществ, что приведет к улучшению качества интерфейса, эффективности преобразования энергии и стабильности работы ”.

Ученые построили элемент с перевернутой конфигурацией. В его основе лежали подложка из оксида индия-олова (ITO), SAM, собранный совместно с MeO-DTCA в качестве дырочно-селективного слоя (HTL), поглотитель из перовскита, слой переноса электронов метилового эфира фенил-С61-масляной кислоты (PCBM) (ETL), буферный слой из батокупроина (BCP) и серебряный электрод (Ag).

Они объяснили, что при максимальном покрытии поверхности слоями со-SAM межфазная химическая реакция под воздействием электрического напряжения и потери на безызлучательную рекомбинацию эффективно подавляются, что приводит к эффективности преобразования энергии 26,32 % и 25,34 % для площадей 0,08 см2 и 1 см2 соответственно. После 1150 часов работы в точке максимальной мощности (ТММ) герметичное устройство сохранило 93 % своей первоначальной эффективности.

«Это исследование открывает несколько интересных направлений для будущих исследований, — заключил Ву. — Новая стратегия, вероятно, применима ко многим другим молекулярным системам, и мы заинтересованы в расширении библиотеки молекулярных комбинаций, нарушающих симметрию, и в разработке правил проектирования, которые связывают молекулярную симметрию, дипольный момент и покрытие поверхности. Во-вторых, мы хотим применить эти принципы молекулярного проектирования к модулям большой площади и тандемным солнечным элементам». Наконец, наша количественная методика АСМ-ИК позволяет по-новому исследовать ультратонкие молекулярные слои с помощью количественного подхода, что может принести пользу не только фотовольтаике, но и другим устройствам, в которых используются такие молекулярные слои».

Исследование под названием «Соассемблирование сопряженных молекул с нарушением симметрии повышает эффективность перовскитных фотоэлементов» было опубликовано в журнале Nature Communications. В исследовании приняли участие ученые из Гонконгского политехнического университета в Китае, Шэньчжэньского университета передовых технологий, Китайской академии наук, Северо-Западного политехнического университета и Университета Грейт-Бэй, Университета Нового Южного Уэльса в Австралии, Университета Суррея в Великобритании, Корейского университета в Южной Корее и Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии.

Купить Аккумулятор FIAMM 12 FLB 450 P

Британские исследователи обнаружили, что парапетные стены на крышах изменяют направление воздушного потока и характер загрязнения фотоэлектрических систем, при этом эффект зависит от скорости ветра, размера частиц, угла наклона панелей и расположения массива. Исследование в аэродинамической трубе показало, что высота парапета сама по себе не может служить показателем загрязнения, что подчеркивает необходимость разработки стратегий проектирования и обслуживания фотоэлектрических систем с учетом особенностей конкретного объекта.

Экспериментальная установка

Исследователи из Ноттингемского университета в Великобритании изучили, как высота парапета влияет на накопление пыли в фотоэлектрических системах на крышах. Они обнаружили, что парапеты существенно изменяют воздушный поток на крыше, но их влияние на осаждение частиц зависит от скорости ветра и размера частиц.

«По мере распространения солнечных электростанций на крышах по всему миру загрязнение становится все более серьезной проблемой в процессе эксплуатации, — сказал автор исследования Юпэн Ву в интервью. — Наша работа показывает, что на эту проблему может влиять само здание. Даже такая относительно простая деталь, как парапет, может изменить воздушный поток и, следовательно, то, как переносимые по воздуху частицы взаимодействуют с фотоэлектрической панелью.

«Мы обнаружили, что этот эффект не так прост. Более высокий парапет не обязательно приводит к большему или меньшему осаждению частиц, поскольку результат зависит от скорости ветра и размера частиц. Мы также обнаружили, что наиболее подверженная воздействию часть фотоэлектрической системы может смещаться от передних рядов к панелям, расположенным дальше по потоку, в зависимости от условий», — продолжил он.

Исследователи использовали физическое моделирование, вычислительную гидродинамику с дискретным фазовым моделированием (CFD-DPM), экспериментальную проверку и механистический анализ. Их идеализированная полномасштабная конфигурация включала здание с плоской крышей размером 18 на 18 метров и высотой 10 метров с пятью рядами фотоэлектрических панелей, обращенными навстречу ветру.

Они смоделировали высоту парапета 0 метров, 0,5 метра и 1,5 метра, чтобы представить неэкранированные, частично экранированные и полностью экранированные конфигурации соответственно. Скорость ветра на входе в здание составляла 1,3 м/с, 2,6 м/с и 3,9 м/с, что соответствовало разным ветровым условиям.

Модель дискретного случайного блуждания отслеживала перенос и осаждение частиц, а модель дискретного случайного блуждания — неразрешенную турбулентную дисперсию, особенно для мелких частиц с низкой инерцией. Исследователи проверили модель воздушного потока с помощью испытаний в аэродинамической трубе с использованием модели в масштабе примерно 1:60. Затем они использовали систему CFD-DPM для оценки влияния высоты парапета, скорости ветра, размера частиц и угла наклона фотоэлектрических элементов.

Воздушный поток в фотоэлектрических системах на крыше, окруженных парапетными стенками

Исследователи провели эксперименты в аэродинамической трубе с атмосферным пограничным слоем размером 3,1 на 2,4 на 1,8 метра и длиной 11,5 метра. Шестьдесят датчиков давления, установленных на пяти фотоэлектрических модулях, позволили дополнительно проверить поле давления на крыше, рассчитанное с помощью вычислительной гидродинамики. В исследовании учитывалось только нормальное направление ветра, поэтому полученные результаты не учитывают асимметрию воздушного потока и осаждение частиц при боковом ветре.

Анализ показал, что более высокие парапеты препятствуют потоку воздуха на крыше и увеличивают зоны низкоскоростной рециркуляции вокруг фотоэлектрических модулей. Однако, несмотря на снижение турбулентности у поверхности, высокие парапеты могут защищать панели, направляя частицы над массивом.

При более высокой скорости ветра усиливаются вихри и перенос частиц, но это не приводит к существенному изменению структуры потока, определяемой геометрией. Мелкие частицы следуют за потоком воздуха и редко оседают, в то время как на более крупные частицы все больше влияют инерция и сила тяжести.

Испытания также показали, что при низкой скорости ветра частицы оседают в основном на наветренных рядах. При более высоких скоростях рециркуляция перенаправляла переносимые частицы в сторону расположенных ниже по потоку рядов. Наклон фотоэлектрических панелей оказывал немонотонный эффект: горизонтальные панели собирали больше всего пыли, а панели, наклоненные на 60 градусов, отклоняли больше частиц от массива.

В целом осаждение частиц зависело от совокупности факторов, таких как доставка частиц, экранирование, рециркуляция, вентиляция, оседание и инерция.

«Парапет смещает сдвиговый слой у края крыши и меняет доступ частиц к фотоэлектрической батарее, — говорят исследователи. — Невысокий парапет может создать частично закрытую зону рециркуляции, которая способствует локальному перехвату частиц определенного размера при определенных ветровых условиях. Более высокий парапет может усилить экранирование и позволить большему количеству частиц оседать на батарее».

«Реакция отражает конкуренцию между рециркуляцией, вентиляцией под кровлей, турбулентным переносом, инерционным осаждением, гравитационным осаждением и проникновением между рядами. Таким образом, высота парапета не приводит к повсеместному увеличению или уменьшению скорости осаждения».

Основным фактором, влияющим на осаждение, был размер частиц. Мелкие частицы следовали за потоком воздуха и редко оседали, в то время как максимальный диаметр частиц, оседающих на поверхности, менялся со 100 мкм при скорости ветра 1,3 м/с до 150–200 мкм при скорости 2,6 м/с и до 200–300 мкм при скорости 3,9 м/с. Более крупные частицы оседали в основном на наветренных рядах.

Исследователи пришли к выводу, что высота парапета сама по себе не может служить надёжным показателем загрязнения фотоэлектрических систем на крышах. По их словам, при проектировании системы и планировании технического обслуживания необходимо учитывать местные ветровые условия, размер переносимых по воздуху частиц, наклон панелей и расположение массива, поскольку эти факторы в совокупности определяют, где и в каком количестве оседает пыль.

Результаты исследования представлены в статье «Влияние парапетных стен на крыше на воздушный поток и оседание пыли на фотоэлектрических панелях: исследование с использованием вычислительной гидродинамики и метода дискретных частиц,» опубликованной в журнале Building and Environment.