Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» совместно с коллегами из Шанхайского университета Цзяотун и Городского университета Хачжоу разрабатывают комбинированную технологию, которая одновременно охлаждает солнечные панели, извлекает воду из воздуха и дает возможность получать водород. В ее основе – новые композиционные адсорбенты, рассчитанные на работу в реальных условиях.
Спрос на солнечную энергетику растет рекордными темпами: в 2024 году мировая выработка достигла 2000 ТВт·ч, что уже составляет около 7% всей электроэнергии. В первой половине 2025 года установленная мощность солнечных систем увеличилась более чем на 60%. Однако по мере роста отрасли острее встает и проблема перегрева панелей. Повышенная температура снижает их эффективность и ускоряет износ материалов. Традиционные способы охлаждения (воздушный обдув, водяные контуры, гелевые и термоэлектрические системы) требуют дополнительной энергии или сложной инфраструктуры.
Российские исследователи предложили иной подход. Они наносят на обратную сторону панели композитный адсорбент, который обеспечивает охлаждение за счет естественных процессов поглощения и испарения влаги. Материал представляет собой пористую матрицу, например, из углеродного волокна, гидрогеля или металл-органического каркасного полимера, которую пропитывают раствором неорганической соли, такой как нитрат лития, и сушат при температуре около 160 °C. Ночью такой материал поглощает влагу из воздуха. Эта обработка формирует устойчивый композит, способный многократно накапливать влагу и затем высвобождать ее.
Ночью адсорбент впитывает воду из атмосферного воздуха. Днем, нагреваясь от панели, он начинает отдавать влагу, и процесс испарения обеспечивает охлаждение фотоэлементов. Образующийся пар затем конденсируется и превращается в чистую воду, которую можно использовать в хозяйственных целях или направлять на электролиз для получения водорода.
«Адсорбционно-десорбционное охлаждение фотоэлектрических панелей позволяет не только эффективно отводить от них тепло, но и рационально использовать электро- и тепловую энергию: вода поглощается из воздуха ночью, затем испаряется, охлаждая панели, и конденсируется – и из нее можно получать водород», – поясняет младший научный сотрудник института Анастасия Черпакова. По ее словам, российская сторона занимается разработкой самих материалов, а китайские коллеги – конструированием устройства и последующим получением водорода из собранной воды.
Разработанный материал работает в узком температурном диапазоне 25-50 °C, что обеспечивает оптимальный цикл поглощения и выделения влаги. Благодаря этому система эффективно охлаждает панели в часы максимальной солнечной нагрузки и восстанавливает адсорбент ночью.
На следующем этапе ученые планируют создать линейку адсорбентов, адаптированных под разные климатические зоны: от жарких и засушливых до прохладных и влажных.
