Зелёный водород считается одним из самых перспективных чистых энергоносителей будущего. Но его производство до сих пор остаётся слишком дорогим и неэффективным. Немецкие учёные из Института солнечных энергетических систем Фраунгофера (Fraunhofer ISE) в Фрайбурге сделали важный шаг вперёд: они создали прототип солнечного модуля, который напрямую преобразует солнечный свет в водород с рекордной эффективностью 31,3%.
Это достижение приближает технологию солнечного водорода к коммерческому использованию, минимизируя потери энергии на промежуточных этапах.
Как работает инновационный модуль
Учёные объединили концентрирующую фотогальванику с электролизёрами на протон-обменной мембране (PEM). Вместо обычных солнечных панелей здесь используется массив линз Френеля, которые фокусируют солнечный свет на сверхэффективных многослойных солнечных элементах III-V. Эти элементы генерируют напряжение более четырёх вольт.
Полученная электроэнергия сразу подаётся на катод и анод двух последовательно соединённых электролизёров. Благодаря точному согласованию электрических характеристик систем электричество напрямую расщепляет воду на водород и кислород — без промежуточного преобразования в сеть или аккумуляторы.
«Наш новый рекорд показывает, что водород можно производить очень эффективно напрямую из солнечного света», — отметил Франк Димрот (Frank Dimroth), руководитель отдела III-V-фотогальваники и концентраторных технологий в Fraunhofer ISE.
Результаты полевых испытаний
Прототип с площадью линз всего около 64 квадратных сантиметров успешно работал в реальных уличных условиях. За время тестов модуль преобразовал 31,3% поступающей солнечной энергии в химическую энергию водорода (по высшей теплоте сгорания). Это один из самых высоких показателей для подобных интегрированных систем.
Технология использует III-V солнечные элементы — самые эффективные в мире. Раньше их применяли преимущественно в космосе, но теперь концентрирующие системы делают их перспективными и для наземного применения.
Почему это важно для энергетики
Прямое солнечное производство водорода позволяет избежать потерь, которые возникают при традиционной схеме «солнечные панели — электричество — электролиз». Это делает зелёный водород дешевле и доступнее. Такой подход особенно ценен для стран, стремящихся к углеродной нейтральности, включая саму Германию.
«Развитие ещё на ранней стадии, и сложно сказать, как быстро мы сможем добиться конкурентоспособных систем», — осторожно отметил Димрот. Тем не менее учёные уже ищут инвесторов для создания спин-офф компании Clearsun Energy и дальнейшей коммерциализации технологии.
Новый модуль демонстрирует огромный потенциал интегрированных фотоэлектрохимических систем. В будущем подобные решения могут стать ключевым элементом декарбонизации промышленности, транспорта и энергетики. Пока прототип небольшой, но принципы масштабирования уже проработаны.
Если технология выйдет на рынок, она способна существенно ускорить переход к водородной экономике, сделав чистое топливо более доступным и экологичным.
