Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» в сотрудничестве с коллегами из университетов Китая при поддержке Российского научного фонда разрабатывают комбинированную технологию эффективного охлаждения солнечных панелей, извлечения воды из атмосферы и получения водорода на основе использования композиционных адсорбентов.
Выработка электроэнергии с помощью фотоэлектрических элементов ежегодно растет, особенно в последние годы. В 2024 году этот показатель в мире достиг 2000 ТВт·ч (7% от всей произведенной энергии), а общая мощность солнечных панелей в первой половине 2025 года увеличилась более чем на 60 %.
Серьезная проблема при эксплуатации фотоэлектрических панелей — их перегрев в процессе преобразования солнечной энергии, из-за которого они вырабатывают меньше электроэнергии и могут выходить из строя. Для охлаждения элементов используют циркуляцию воздуха, воды, специальные гели, термоэлектрические системы. Ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» предложили систему, которая не просто отводит тепло от панелей, но и позволит производить воду, что особенно актуально в засушливых регионах, а также водород, который можно использовать в качестве экологически чистого топлива.
Разработка представляет собой адсорбент на основе неорганической соли, помещенной в поры матрицы, в качестве которой, к примеру, могут выступать ткани из активированного углеродного волокна, гидрогели, металл-органические каркасные полимеры. Адсорбент, нанесенный на обратную сторону солнечной панели, ночью поглощает влагу из атмосферы. Днем он нагревается от солнечной панели, влага испаряется, тем самым охлаждая панель. Затем пар конденсируется, образуя воду, которую можно использовать в бытовых целях или как источник водорода.
«Адсорбционно-десорбционное охлаждение фотоэлектрических панелей позволяет не только эффективно отводить от них тепло, но и рационально использовать электро- и тепловую энергию: вода поглощается из воздуха ночью, затем испаряется, охлаждая панели, и конденсируется — и из нее можно получать водород. Проект выполняется совместно с китайскими коллегами из Шанхайского университета Цзяотун и Городского университета Хачжоу. Наша часть — разработка материала для адсорбции воды из атмосферы и отведения тепла от фотоэлектрических элементов, а их — конструирование устройства и последующее выделение водорода с помощью электролиза собранной воды», — рассказывает один из авторов исследования, аспирантка первого года обучения, младший научный сотрудник Отдела нетрадиционных каталитических процессов и Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» Анастасия Черпакова.
Композитный адсорбент получают с помощью обработки пористой углеродной ткани солью, например, нитратом лития, и сушки при температуре 160 °C. Особенность разработанного в ИК СО РАН материала — в узком температурном диапазоне 25–50 °C, в котором он поглощает воду и затем выделяет ее. Это обеспечивает наиболее эффективное охлаждение фотоэлектрических панелей, извлечение воды днем и регенерацию адсорбента ночью.
Ученые планируют разработку адсорбентов, которые обеспечат эффективную работу устройства в регионах с различными климатическими условиями — от жарких и засушливых до прохладных и влажных.
Разработка специалистов ИК СО РАН поддержана проектом Российского научного фонда № 25-43-00051.