Ученые из Кейптаунского университета предложили новую модель автономной солнечной электростанции для сельских клиник Южной Африки. Система включает солнечные панели, литий-ионные аккумуляторы, суперконденсаторы и водородные топливные элементы. Система обеспечивает круглосуточное энергоснабжение, что позволяет медицинским учреждениям полностью отказаться от дизельных генераторов, на которые ежегодно приходится до 30% их бюджета.
Для Африки проблема стабильного доступа к электричеству остается одной из самых острых: более половины населения к югу от Сахары до сих пор не имеют надежного энергоснабжения. Особенно критична эта ситуация для медицинских центров, где от электричества зависит работа холодильников для вакцин, стерилизаторов, лабораторного оборудования и систем освещения. Перебои напрямую отражаются на качестве услуг и, вероятно, росте смертности. При этом около 30% бюджета клиник уходит на топливо для генераторов, не считая расходов на ремонт и регулярное обслуживание. В итоге меньше средств остается на лекарства, расходные материалы и оплату труда персонала. К этому добавляется зависимость от транспортировки топлива и ежегодные выбросы — свыше 24 тонн CO₂ только с одной клиники.
Чтобы решить проблему, исследователи предложили заменить дизельные генераторы комбинацией возобновляемых источников. Основным генератором служит солнечная батарея мощностью 16 киловатт. Ее дополняют три типа накопителей: литий-ионные аккумуляторы на 10 кВт, которые сглаживают суточные колебания; суперконденсаторы, моментально реагирующие на скачки нагрузки; и водородные топливные элементы, выступающие в роли долговременного резерва. Избыточная энергия днем направляется на электролиз воды, водород хранится в специальном баке и используется для выработки электричества в случае продолжительной облачной погоды.
Система была смоделирована с использованием программного обеспечения HOMER Pro для медицинского центра в Эландс-Бей (Западная Капская провинция), где суточное энергопотребление составляет около 45 кВт·ч. Результаты показали, что предложенная конфигурация полностью покрывает потребность объекта в энергии, не производит выбросов CO₂ и обеспечивает стоимость электроэнергии около 24,35 южноафриканских рандов или 1,3 доллара за кВт·ч. Для сравнения: энергия от дизельного генератора обходится почти в 80 рандов или 4,4 доллара за кВт·ч. Даже с учетом высокой начальной стоимости система окупается за 3,7 года. Более того, прогнозируется, что к 2030 году стоимость ключевых компонентов может снизиться на 20–40%, что сделает подобные системы еще доступнее.
