Учёные СО РАН создают систему охлаждения солнечных панелей с одновременной выработкой воды и водорода

Специалисты Федерального исследовательского центра «Институт катализа СО РАН» совместно с учёными из Шанхайского университета Цзяотун и Городского университета Ханчжоу разрабатывают комбинированную технологию, которая объединяет охлаждение солнечных панелей, извлечение воды из атмосферы и получение водорода. Работа выполняется при поддержке Российского научного фонда и основана на использовании композиционных адсорбентов, способных одновременно решать несколько ключевых задач эксплуатации солнечных энергетических установок.

По данным исследователей, мировая генерация электроэнергии с использованием фотоэлектрических элементов продолжает расти ускоренными темпами. В 2024 году объём выработки достиг 2000 ТВт·ч, что составляет около 7% мировой энергетики. При этом мощность солнечных панелей в первой половине 2025 года увеличилась более чем на 60%, что делает вопрос повышения эффективности и долговечности оборудования ещё более актуальным.

Одним из главных факторов, ограничивающих работу фотоэлектрических модулей, остаётся перегрев. При повышении температуры их КПД падает, а долговечность уменьшается. Существующие методы охлаждения — воздушная и водяная циркуляция, применение гелей или термоэлектрических систем — требуют дополнительной энергии или ресурсов, что не всегда возможно, особенно в регионах с жарким климатом и дефицитом воды.

Предложенная учёными ФИЦ «Институт катализа СО РАН» технология основана на использовании специального композиционного адсорбента. Материал представляет собой неорганическую соль, введённую в пористую матрицу, которой могут служить активированное углеродное волокно, гидрогели или металл-органические каркасные структуры. Такой адсорбент наносят на обратную сторону солнечной панели: ночью он поглощает влагу из воздуха, а днём, нагреваясь от панели, выделяет её в виде пара. Испарение обеспечивает охлаждение панели, а затем пар конденсируется, образуя воду. Эту воду можно использовать как для бытовых нужд, так и для получения водорода методом электролиза.

Аспирантка первого года обучения и младший научный сотрудник Отдела нетрадиционных каталитических процессов Анастасия Черпакова отметила, что предложенная схема позволяет рационально использовать как электроэнергию, так и тепловую энергию, неизбежно возникающую при работе солнечных панелей. Она уточнила, что учёные СО РАН занимаются разработкой материалов и подбором оптимальных условий адсорбции и десорбции, а китайские партнёры создают конструкцию устройства и систему получения водорода.

Одной из особенностей разработанного адсорбента является узкий температурный диапазон — от 25 до 50°C, — в котором происходит поглощение и последующее выделение воды. По словам исследователей, это позволяет обеспечить максимальную эффективность охлаждения в условиях реальной эксплуатации: ночью материал регенерируется, набирая влагу, а днём отдаёт её в режиме испарения, стабилизируя температуру панели.

Сейчас учёные планируют разработать новые варианты адсорбентов, пригодные для различных климатических условий — от жарких и засушливых регионов до зон с высокой влажностью и более низкими температурами. Проект реализуется при поддержке Российского научного фонда, номер гранта 25-43-00051.