Дослідники побудували пілотну сонячну установку потужністю в 1 кіловат, яка може виробляти екологічно чистим методами так званий зелений водень, а також тепло за допомогою сонячної енергії. Електростанція, що перетворює енергію сонця на водень, є найбільшою на сьогоднішній день і виробляє близько півкілограма водню за 8 годин, що становить трохи більше 2 кіловат еквівалентної вихідної потужності. Втім масштубування такої станції по генерацію водна – процес дуже дорогий та складний.
Півкілограма водню достатньо, щоб проїхати на машині близько 100 кілометрів. Також його можна використати його в паливних елементах для виробництва електроенергії та задовольнити приблизно половину потреб сім’ї з чотирьох осіб в електроенергії на день.
Близько 95% водню, який сьогодні використовується у світі — головним чином для виробництва добрив та інших хімікатів або для переробки нафти — виробляється шляхом крекінгу природного газу, який утворює вуглекислий газ у процесі. Але водень також має величезні перспективи як паливо для літаків і кораблів, для опалення будинків і для виробництва електроенергії.
Однак, щоб бути вигідним з точки зору екології, водень повинен вироблятися з використанням відновлюваної енергії або ядерної енергії з мінімальними викидами. Ця ідея зеленого водню зараз набирає обертів у всьому світі. Це, наприклад, центральна частина планів Австралії пов’язана з декарбонізацією економіки.
Одним із найбільш стійких способів отримання водню є використання сонячної енергії для розщеплення води на водень і кисень. Це можна зробити за допомогою фотоелектрохімічних (PEC) систем, які поєднують фотоелектричний пристрій і електролізерний пристрій. Фотоелектричний пристрій поглинає сонячне світло та виробляє електроенергію, яка забезпечує електролітичне розщеплення води.
Системи PEC показали величезні перспективи в лабораторних масштабах. Наразі дослідники продемонстрували невеликі установки з вихідною потужністю менше 100 Вт. Хауссенер каже, що масштабування до більших систем нелегке, оскільки воно передбачає збалансування ефективності, стабільності та експлуатаційних витрат, а також максимізацію продуктивності.
Щоб досягти цього балансу, вчені фокусують сонячне випромінювання на невелику точку, де вони розміщують модуль сонячної батареї за допомогою дзеркальних відбивачів. Вони використовують тандемні багатоперехідні напівпровідникові сонячні батареї III–V, які дуже ефективно перетворюють сонячне світло в електрику, але надзвичайно дорогі для використання в пристроях великої площі.
Для великої системи потужністю кіловат дослідники побудували параболічну сонячну тарілку шириною 7 метрів, покриту відбивними дзеркалами, яка концентрує сонячне випромінювання приблизно в 1000 разів більше, ніж нормальна вихідна потужність сонця. Тарілка повертається за сонце та отримує його проміні протягом 6-8 годин.
Не вся концентрована сонячна енергія, яка потрапляє на сонячний елемент, перетворюється на електрику. Частина його перетворюється на відпрацьоване тепло, яке команда витягує за допомогою теплообмінника. Тепло можна використовувати для опалення приміщень або гарячої води в будівлях, каже Хауссенер, або для забезпечення промислових процесів.
Команді знадобилося близько двох років, щоб побудувати систему і вирішити кілька проектних і експлуатаційних завдань. Однією з ключових проблем, наприклад, було ретельно керувати потоком води через систему, щоб максимізувати використання тепла та підвищити ефективність.
На даний момент водень, який вони виробляють, подається в паливний елемент для виробництва електроенергії в сусідній будівлі. Завдяки стартапу під назвою SoHHytec команда EPFL зараз розширює свою технологію виробництва водню та тепла, щоб комерціалізувати її.
Команда SoHHytec створює систему з більшою сонячною тарілкою шириною 9 метрів. Кілька посудів можна з’єднати разом, щоб зробити систему настільки великою чи маленькою, як потрібно клієнтам. Його перший демонстраційний проект, який планується запустити до кінця року, буде для металообробної компанії, яка використовуватиме водень і тепло для обробки металу.
