Для выделения водорода из молекул воды с помощью электролиза требуется энергия, которая в идеале должна поступать из возобновляемых источников. Учёные Института солнечных энергетических систем Фраунгофера (ISE) разработали комбинированный фотоэлектрический/электролизный модуль, способный эффективно производить водород непосредственно из солнечной энергии. Принцип заключается в использовании высокого фотонапряжения многопереходных солнечных элементов для разложения молекул воды, при этом эти солнечные элементы электрически и термически соединены с ячейками электролизёра. Демонстратор, испытанный исследовательской группой на открытом воздухе, преобразует до 31,3% солнечной энергии в химическую энергию, исходя из высшей теплотворной способности водорода.

«В разработанном нами фотоэлектрическом/электролизном модуле мы применили так называемую технологию концентрирующей фотоэлектрики», — объясняет доктор Хуан Франсиско Мартинес Санчес, руководитель проекта в Fraunhofer ISE. «Массив линз Френеля фокусирует прямое солнечное излучение на высокоэффективных III-V солнечных элементах, которые в данном применении обеспечивают напряжение холостого хода более 4 вольт». III-V солнечные элементы — это самые эффективные солнечные элементы в мире, проверенные годами и обладающие долгосрочной стабильностью. В настоящее время они в основном используются в космической отрасли, но в концентрирующих солнечных модулях они также могут экономично вырабатывать электроэнергию на Земле.

«Для производства водорода мы напрямую подключаем эти солнечные элементы к катоду и аноду двух последовательно соединённых ячеек PEM-электролизёра, что обеспечивает идеальное согласование их электрических характеристик», — добавляет доктор Том Смолинка, руководитель отдела мембранного электролиза в Fraunhofer ISE. Таким образом, электроэнергия, вырабатываемая солнечными элементами, используется непосредственно для производства водорода без каких-либо промежуточных преобразований, что позволяет избежать потерь. В ходе полевых испытаний демонстратор нового фотоэлектрического/электролизного модуля с площадью линз 64 квадратных сантиметра преобразовывал до 31,3% солнечной энергии в химическую энергию, исходя из высшей теплотворной способности водорода.

«Наш новый рекорд показывает, что солнечный свет можно напрямую и эффективно использовать для производства водорода», — отмечает доктор Франк Димрот, руководитель отдела III-V фотоэлектрики и концентрирующих технологий в Fraunhofer ISE. «Эта разработка всё ещё находится на ранней стадии, и трудно сказать, как скоро мы сможем создать конкурентоспособную систему. Для дальнейшего продвижения этой концепции мы ищем инвесторов для нашего стартапа Clearsun Energy, который планируем выделить в отдельную компанию».