Новые энергетические технологии: перовскитовые фотоэлектрические элементы и альтернативные хранилища.
Адам Дюран - руководитель программы в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии и содиректор программы Shell GameChanger Accelerator на базе NREL.
Энергетический сектор движется в направлении низкоуглеродной или нулевой генерации. Но даже с учетом последних технологических разработок и корпоративных и муниципальных действий по развертыванию возобновляемых источников энергии предстоит еще пройти долгий путь в этом направлении.
Некоторые исследователи считают, что фотоэлектрические элементы на основе перовскита и системы длительного хранения энергии подходят для перехода к чистой энергии.
Производство солнечных модулей не может стоять в одиночестве
Производство солнечных модулей за последние 20 лет достигло большого технологического прогресса, но использование одних только современных кремниевых солнечных панелей не решает энергетические проблемы. Для достижения целей Парижского соглашения до 2030 года солнечная энергетика должна расти в среднем на 15% ежегодно. Такие темпы роста требуют постоянного снижения затрат на фотоэлектричество.
Исследователи Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики утверждают, что перовскитовые солнечные элементы - более эффективны, чем кремниевые фотоэлектрические батареи. Перовскит обладает высокой эластичностью и может наноситься на изогнутые и неровные поверхности. Это создает возможности для использования солнечных батарей непосредственно на источниках потребления энергии, например, установить солнечные панели на электромобиле.
Комбинированные перовскитно-кремниевые элементы или тандемные солнечные элементы преобразовывают 27 процентов солнечного света в энергию, что на 7-12 процентов эффективнее по сравнению с кремниевыми фотоэлектрическими элементами.
Но даже при высокой производительности перовскиты сталкиваются с препятствиями при выходе на рынок. По оценкам, 90-95 процентов этих стартапов не получают финансовой и технической поддержки.
Самым большим препятствием для коммерциализации перовскитов является их стоимость. Чтобы решить эту проблему, исследователи объединились с новаторами, используя технологию ускорителя Shell GameChanger на базе NREL ( GCxN ) для возможности сокращения расходов в процессе производства. Одна из основных областей - это новый масштабируемый производственный процесс методом осаждения из паровой фазы.
При поддержке научно-исследовательских агентств рынок перовскита будет расти на 30 процентов ежегодно в течение следующего десятилетия.
Решения для хранения энергии.
Технологии накопления энергии быстро расширяются, особенно в связи с увеличением количества электромобилей и распределенных ресурсов.
В настоящее время в качестве накопителей для электромобилей, жилых помещений и других потребностей применяются литий-ионные батареи, которые могут работать в пределах четырех часов. Также для производства литий-ионных батарей требуются редкоземельные элементы: кобальт, никель и графит; добыча которых имеет серьезные последствия на окружающую среду и здоровье людей.
В целях диверсификации этого сектора исследователи GCxN тестируют батареи с органическим зарядом и гибридные солнечно-тепловые фотоэлектрические системы. Проточные окислительно-восстановительные батареи на основе органических соединений обеспечивают более высокое рабочее напряжение и в три-четыре раза большую плотность энергии по сравнению с традиционными системами. Гибридные солнечно-тепловые системы крепятся к задней части панелей с целью охлаждения солнечной батареи, повышая эффективность панели на 25 процентов, а потенциально «отработанное тепло» накапливается для последующей «генерации электроэнергии по мере необходимости». Обе технологии решают текущие задачу экономичного и устойчивого хранения энергии.
Важнейшими компонентами на пути стартапа к рынку являются значительные исследовательские возможности по тестированию технологий и снижению рисков, а также мощная сеть экспертов для пилотных проектов и демонстрации масштабируемости.
Расширение арсенала технологий в процессе энергетического перехода.
Энергетическая отрасль использует все возможности снижения стоимости и повышения эффективности существующих ресурсов.
Инновации в области чистых технологий сталкиваются с трудностями при выходе на рынок, конкурируя с существующими технологиями. Перовскиты, батареи с органическим потоком и гибридные солнечно-тепловые фотоэлектрические системы предлагают новые решения и ждут своих инвесторов.