Жидкие накопители солнечной энергии делают успехи
Избыточное солнечное тепло может храниться в накопителе энергии до тех пор, пока оно снова не понадобится - по крайней мере, в принципе. Конечно, дьявол кроется в деталях.
Солнечные коллекторы часто днем и летом собирают намного больше энергии, чем необходимо в данный момент - ночью и зимой наоборот, поэтому ведутся интенсивные исследования в области дешевых, малопотертых и технологии долгосрочного хранения тепла или электроэнергии. Идея MOST (молекулярное накопление солнечной тепловой энергии) существовала годами: молекулы, которые изменяют свою структуру, когда поглощают энергию, а затем излучают энергию в новой форме в виде тепла в контролируемом процессе, как только это необходимо. До сих пор не удавалось найти молекулу, обладающую всеми желаемыми и необходимыми свойствами, но теперь команда из Швеции считает, что после многих лет разработок они сделали два важных шага вперед:. их последний вариант пары изомеров, аккумулирующих тепло, который может удерживать солнечное тепло в течение десятилетий и снова высвобождать его одним нажатием кнопки.
Химический механизм реакции основан на энергозависимой изомеризации относительно сложной химической кольцевой системы, молекулы норборнадиена. Если солнечный свет попадает на молекулу, она перестраивается в энергетически менее стабильную форму квадрициклана, запасая энергию в виде энергии химической связи. Норборнадиены уже исследовались как накопители энергии в 1970-х годах. Однако в то время так и не была найдена богатая энергией форма, достаточно стабильная для повседневного использования. Представленная сейчас молекула оправдывает это ожидание: даже годы спустя она снова резко высвобождает энергию только тогда, когда специальный кобальтовый катализатор ускоряет обратную реакцию. В целом, концентрированный раствор ранее возбужденной молекулы может затем собирать и излучать тепло до 63 градусов по Цельсию, пишут исследователи под руководством Каспера Мотылька-Поулсена из Технологического университета Чалмерса. Таким образом, плотность энергии в накопителе достигает примерно 111 ватт-часов на килограмм, то есть едва ли меньше, чем у стандартной литий-ионной батареи. Исследователи надеются, что дальнейшая оптимизированная версия в конечном итоге сможет хранить примерно в два раза больше энергии, чем батареи Tesla Powerwall, которые в настоящее время используются в качестве накопителей энергии в прототипах домов.
С их раствором норборнадиена уже можно построить относительно повседневный прототип системы хранения, что исследователи практически продемонстрировали на крыше здания своего института: они активировали смесь молекул в замкнутом контуре с коллекторами, ориентированными на солнечное излучение, сохраняя его возбужденные молекулы при комнатной температуре без долговременной потери энергии и используя химическое тепло после прохождения катализатора для нагрева.
На самом деле потребуются годы возни, чтобы сгладить любые несовершенства в системе. Например, используемый сейчас вариант молекулы реагирует только на свет с более высокими длинами волн, такой как синий и ультрафиолетовый, поэтому теряется львиная доля солнечного света. С другой стороны, вариант, который поглощает больше красного, по-прежнему хранит слишком мало энергии. Используемая молекула также имеет преимущества перед другими альтернативами - например, она не так воспламеняется, как толуол, - но до сих пор неясно, насколько дорог процесс и действительно ли он хорошо масштабируется. Потому что смесь норборнадиена можно использовать годами без потерь, но сначала ее нужно синтезировать в больших количествах в сложном химическом процессе.