Bezpośrednie sprzężenie ogniw słonecznych z elektrolizerem
Naukowcy z Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) opracowali moduł łączący fotowoltaikę i elektrolizę, który umożliwia wydajną produkcję wodoru bezpośrednio z energii słonecznej. Kluczowym elementem jest wykorzystanie wysokiego napięcia obwodu otwartego ogniw wielozłączowych (III-V) do rozdzielenia cząsteczek wody na wodór i tlen. Ogniwa te są połączone elektrycznie i termicznie z ogniwami elektrolizera, co minimalizuje straty energii.
Technologia koncentratorowa i rekordowa sprawność
W module zastosowano koncentratorową fotowoltaikę (CPV) – układ soczewek Fresnela skupia światło słoneczne na wysokowydajnych ogniwach III-V, które charakteryzują się napięciem obwodu otwartego przekraczającym 4 wolty. Jak wyjaśnia dr Juan Francisco Martínez Sánchez, kierownik projektu w Fraunhofer ISE, takie ogniwa są najbardziej wydajne na świecie i sprawdzone w długotrwałej eksploatacji, głównie w przestrzeni kosmicznej, ale na Ziemi znajdują zastosowanie w modułach koncentratorowych.
W testach terenowych demonstrator o powierzchni soczewek wynoszącej 64 cm² przekształcił do 31,3% energii słonecznej w energię chemiczną, liczoną według górnej wartości opałowej wodoru. To wynik, który – zdaniem dr. Franka Dimrotha, kierownika działu fotowoltaiki III-V i technologii koncentratorowych – pokazuje, że wodór może być produkowany bardzo efektywnie bezpośrednio z promieniowania słonecznego.
Idealne dopasowanie charakterystyk
Dr Tom Smolinka, kierownik działu elektrolizy membranowej, podkreśla, że ogniwa słoneczne połączono bezpośrednio z katodą i anodą dwóch połączonych szeregowo ogniw PEM, co zapewnia idealne dopasowanie charakterystyk elektrycznych. Dzięki temu energia elektryczna z ogniw jest wykorzystywana bezpośrednio do produkcji wodoru, bez pośrednich przetwornic i związanych z nimi strat.
Perspektywy komercjalizacji
Projekt jest na wczesnym etapie rozwoju, a zespół poszukuje inwestorów dla planowanego spin-offu o nazwie Clearsun Energy, aby przyspieszyć prace nad doprowadzeniem technologii do poziomu konkurencyjnego na rynku. To kolejny krok w kierunku zeroemisyjnej gospodarki wodorowej, który może przyczynić się do dekarbonizacji sektora energetycznego i przemysłowego.
Źródło: Fraunhofer ISE – Instytut badawczy PV
Fot. ise.fraunhofer.de
