Гибридная солнечная энергосистема на водороде с КПД 28,5%

Сейчас во всем мире на крышах располагаются в основном солнечные батареи, изобретатель из университета Дюка Нико Хотц предлагает гибридную солнечную энергосистему на водороде с КПД 28,5%, что выше других систем.

Предлагаемая система предназначена для домашних хозяйств. Изобретатель инженер из университета Дюка считает из такой системы, схема которой представлена на рисунке можно выжать больше энергии, чем из любых других, т.е. получить более высокий КПД.

Вместо энергетической системы основанной на стандартных солнечных батареях Нико Хотц предлагает гибридную систему, в которой солнечный свет нагревает смесь биометанола и воды в специальных батареях из стеклянных трубках на крыше. В результате двух каталитических реакций в этих батареях образуется водород намного эффективней, чем в существующих технологиях без примесей.

Выработанный водород может либо сразу использоваться в энергосистеме, либо закачиваться в емкость для хранения.

Для анализа эффективности этой технологии, Хотц сравнил гибридную технологию с тремя различными технологиями в рамках их эксергетической производительности. Эксергия — это способ описания сколько из данного количества энергии теоретически можно преобразовать в полезную работу.

Гибридная система, предлагаемая Хотцом позволяет достигать эксергетичского КПД 28,5% в летный сезон и 18,5% в зимнее время по сравнению с обычными системами в летный период 5-15% КПД и 2,5-5% КПД в зимний период.

Документ с описанием результатов Хотца был назван топовым документом на конференции «ASME Energy Sustainability Fuel Cell» 2011 года в Вашингтоне. В настоящее время он строит экспериментальную модель в университете Дюке, чтобы проверить действительно ли теоретические результаты подтвердятся на практике. Сравнение будет сделано в июле и в феврале, чтобы сравнить КПД эксергетической производительности альтернативных систем.

Как и в других системах, основанных на солнечной энергии, гибридная система начинает функционировать при сборе солнечного света. Далее технология различается. Хотя гибридная установка на расстоянии выглядит также, как обычный солнечный коллектор, на самом деле сеть медных трубок покрыта тонким слоем алюминия и оксида алюминия частично заполнена каталитическими наночастицами. Смесь воды и метанола протекает через трубы, которые герметичны.

Эта установка позволяет использовать до 95% энергии поглощенного солнечного света с очень малыми потерями в окружающую среду. Это очень важно, так как в конце трубной системы коллектора температура достигает 200 градусов по Цельсию, в то время как в обычном солнечном коллекторе температура достигает всего 60-70  градусов Цельсия.

При достижении таких высоких температур испаряющейся жидкости добавляется немного катализатора для производства водорода. В результате, полученный водород можно либо сразу направить на топливные элементы для выработки электроэнергии для жилого дома в течение дня, либо сжимается и закачивается в резервуар для хранения и подачи на топливные элементы позже.

В анализе рассматривались три системы: стандартные фотоэлектрические ячейки, которые прямо преобразуют солнечный свет в электроэнергию, чтобы потом воду разделить электролизом на водород и кислород; фотокаталитическая система производящая водород как и система Хотца, но проще и не так совершенна; система с фотоэлектрическими элементами, которая преобразуется в электрическую, которая потом накапливается и храниться в различных типах батарей (литий-ионные наиболее эффективные).

Затраты и эффективности предлагаемой системы будет зависеть от месторасположения и размера. Так можно смонтировать систему, обеспечивающую домовладение электроэнергией полностью летом, но тогда этой энергии не будет хватать в зимний период. Можно сделать размеры системы на крыше достаточно большими, чтобы хватало на энергоснабжение в зимний период, тогда в летный период надо будет либо часть коллекторов закрывать, либо передавать избыточную электроэнергию обратно в сеть.

COMMENTS