储能新突破，分子太阳能储热系统再发威，热量储存可达18年

    我们先来了解下太阳能发电的几种形式，第一种是集中式太阳能发电简称CSP，它使用镜子将阳光集中反射到一个特定的点上，产生的热量可以驱动蒸汽轮机或是发电机发电，这些热能可用于海水淡化、提高原油采收率、水泥生产、钢铁生产甚至是制造氢气。

    CSP主要用于电网规模发电，它大致分为三种类型，第一种是抛物线槽系统，它主要利用朝向太阳倾斜的抛物面反射器，将太阳光聚集到中央接收管上，这样的曲面设计可以将它们的反射能力提高30-60倍，可以将内部含有特殊油料的管道加热到398.9摄氏度，这些热量可以为传统蒸汽发电机提供动力，太阳能抛物线槽系统是目前最新进、使用最广泛的CSP技术之一。位于加利福尼亚的杰尼塞斯(Genesis)抛物线槽发电厂是美国最大的CSP发电厂之一，它的发电能力为250兆瓦，和许多发电厂一样它也用到了朗肯系统，其中流体从热源流向散热器，这些热量将用于执行沿途机械的工作，高温流体进入锅炉产生蒸汽，带动涡轮机运行，抛物线槽系统虽然简单，但在所有的CSP技术中它的效率最低只有15%左右，这是因为相比于其他系统，400度的流体温度还是比较低的。

    第二种是碟式发电系统，它看上去有点像卫星碟形天线，主要由抛物面碟形镜组成。它可以跟踪太阳位置，并将阳光集中到能量转换器上，在能量转换器内部有一个热量接收器，它可以吸收反射镜反射的热量，并将热量传递给热机，每套碟式系统可以产生10-25千瓦电能，转化率大约在30%左右。可是碟形镜跟热机的兼容性并不理想，不能很好地储存能量。

     第三种是电力塔系统，它使用定日镜来跟踪太阳，并将阳光集中到塔顶的接收器上，流体会将热量传递到锅炉产生蒸汽，并带动涡轮机转动产生电能，为了提高性能 ，有些电力塔系统使用储能和热传导能力更强的熔融盐作为导热材料，即便是在阴天或日落后，也可以将这些热量保存好几天时间。

    伊万帕太阳能发电系统是美国最大的集中式太阳能发电厂，它位于加利福尼亚的莫哈韦沙漠，发电能力392兆瓦，共使用定日镜173500个。挪威化工公司雅苒（Yara)一直致力于研发一种新型三元混合太阳能电池，它主要基于硝酸钙以及钾和钠的熔融盐，能有效降低冻结和凝固的风险，但熔融盐并不是太阳能储存的唯一途径，一家位于美国加州的公司正在研发一种新的集中太阳能解决方案，它可以将能量储存在岩石中，并使用先进的计算机视觉和人工智能技术，对排列紧密的阵列进行30次/秒的精确调整，虽然大多数电力塔可以产生400-500度的热量，但这套设备却可以将温度达到1500度，这些热量通过一根绝缘管被引到一个可以将热量，储存一周的熔融盐装置中，跟传统蒸汽涡轮机相比这套设备不仅可以带来更高的效率，还能有效减少废水的产生。

    为了能更好地储存和释放分子中的能量，研究小组还研发出了一种催化剂，它的作用是加快分子回到初始状态，这项新技术被称为“分子太阳能热能存储系统”，简称MOST。简单来说，液体被存放于两层玻璃面板之间，受到阳光的照射后发生变化，流入一个小型容器，这里被用来储存具有高能量形式的分子。在催化剂的作用下释放出能量，最后液体流回玻璃面板重新获取太阳能量，整个循环在封闭状态下完成，能更有效的将太阳能转化为化学能，并回收原始分子。Most系统的最低效率为3%，理论最高效率可以达到12%-16%，虽然整体效率跟普通太阳能装置还是有着明显差距，但是 MOST系统有着小型轻便的优质，可以被用在智能手机等小型穿戴设备中，也就是说MOST不仅可以为我们的家庭提供必要的电力保障，还可以为汽车提供辅助动力，如果放置在衣服中甚至还可以帮助我们取暖。

那么你觉得，CSP跟MOST 能否真的走进我们的生活呢？ 

панель солнечных батарей представляет собой полезное средство, позволяющее обеспечивать электроэнергию в чрезвычайных ситуациях, а также хранить избыточную электроэнергию в электрических стенах, что в основном приводит к преобразованию фотонов в электроны, которые затем хранятся в химических батареях и которые при высвобождении должны преобразовывать постоянный ток в переменный ток через преобразователи постоянного тока, чтобы обеспечить электроэнергию всего дома, и что весь процесс требует многократного преобразования,  каждый переход сопряжен с потерей энергии, и если речь идет о масштабах коммунального хозяйства, то весь процесс будет гораздо более сложным, и, хотя литиевые батареи могут также накапливать энергию, они являются дорогостоящими и подверженными риску пожара, что, как представляется, проще и практично хранить солнечную энергию непосредственно в панелях солнечных батарей, где используется жидкость, о которой говорилось выше. 

 Сначала мы рассмотрим несколько видов солнечной энергии: во - первых, централизованное солнечное производство, известное под названием CSP, с помощью зеркала, которое позволяет концентрировать солнце на какой - то конкретной точке, генерируя тепло, которое может быть использовано для опреснения морской воды, повышения нефтеотдачи, цементного производства, производства стали и даже для производства водорода. 



 CSP используется главным образом для выработки электроэнергии в масштабах энергосети, которая делится на три типа, первый из которых состоит из параболической системы канавок, которая собирает солнечный свет на центральные приемные трубы с помощью параболического отражателя, направленного на наклон солнца, с помощью которого поверхность проектируется таким образом, чтобы повысить их отражательную способность в 30 - 60 раз и подогреть внутренние трубопроводы, содержащие специальный нефтепродукт, до 398,9 градуса Цельсия, что обеспечивает энергию для традиционных паровых генераторов,  В настоящее время солнечная параболическая система является одной из самых современных и широко используемых технологий CSP.  расположенная в Калифорнии параболическая электростанция в джениссе (Genesis) является одной из крупнейших в Соединенных Штатах электростанций CSP с мощностью 250 МВт, которая, как и многие другие электростанции, используется в системе ланкена, где жидкость поступает из источника тепла в радиатор, который будет использоваться для выполнения работ по конвейерному оборудованию, для производства пара в котлах при высокой температуре, ведущей к эксплуатации турбины, и параболической системы, хотя и простой,  Однако во всех технологиях CSP ее эффективность составляет около 15%, что объясняется тем, что температура жидкости на 400 градусов ниже, чем в других системах. 



  

 Во - вторых, она выглядит как спутниковая тарельчатая антенна, состоящая в основном из параболических дисков.  Он позволяет отслеживать положение солнца и концентрировать солнце на преобразователях энергии, у которого есть приемник тепла внутри преобразователя энергии, который может поглощать тепло, отраженное отражателем зеркала, и передавать тепло теплоносителям, каждая система на диске может вырабатывать 10 - 25 квт электрической энергии с коэффициентом конверсии около 30%.  Но совместимость тарелочного зеркала с термостатом не идеальна, чтобы хорошо хранить энергию. 



 Третья система - это энергетическая башня, которая использует солнечные зеркала для слежения за солнцем и концентрирует солнце на приёмнике на вершине башни, жидкость переносит тепло в котел для производства пара и приводит к электрической энергии вращения турбины, для повышения производительности некоторых систем электропитания используют накопительную энергию и более теплопроводные способности расплавленной соли в качестве теплопроводного материала, даже после пасмурного дня или захода солнца, чтобы сохранить тепло в течение нескольких дней. 



 солнечная система иванпа является крупнейшей в Соединенных Штатах центральной солнечной электростанцией, расположенной в пустыне Мохаве, Калифорния, с мощностью 392 МВт и общей мощностью 173 500 солнечных зеркал.  Норвежская химическая компания « яара» занимается разработкой новой трехкомпонентной смеси солнечных батарей, основанной главным образом на нитрате кальция и расплавленной соли калия и натрия и способной эффективно снизить риск замораживания и затвердевания, но расплавленная соль не является единственным способом хранения солнечной энергии, и компания в Калифорнии, Соединенные Штаты, разрабатывает новое централизованное решение по солнечной энергии, которое позволит хранить энергию в горных породах,  и, используя передовые компьютерные методы визуального и искусственного интеллекта, точность установки плотной решетки 30 раз / сек, хотя большинство электрических башен может производить 400 - 500 градусов тепла, но это оборудование может довести температуру до 1500 градусов, через одну изоляционную трубу, которая позволяет хранить тепло, неделю расплавленной соли в установке, по сравнению с традиционной паровой турбиной, это оборудование не только может принести более высокую эффективность,  Кроме того, эффективно снижается объем сточных вод. 



 Тем не менее, использование солнечной энергии не ограничивается технологиями CSP, которые применяются только к производству энергии в коммунальном масштабе, но и технологий, которые более подходят для нашей жизни.  ученые чарлского технологического университета в Швеции разработали жидкость, способную хранить тепло в течение 18 лет, состоящую главным образом из углерода, водорода и азота, которые объединяются через атомы, связывающие различные виды молекул, имеющие свои собственные трехмерные формы, такие, как метан, который больше похож на тетраэдр, и когда энергия добавляется в молекулу, их форма и структура изменяются.  Таким образом, исследователи внесли изменения в эту жидкость, с тем чтобы она поглощала энергию солнца на различных длинах волн, и когда она подвергается солнечному облучению, она превращается в высокоэнергетический изомер, а внутренние атомы воссоединяются в новую форму. 

 в целях улучшения хранения и высвобождения энергии в молекулах исследовательская группа также разработала катализатор, призванный ускорить возвращение молекул в исходное состояние, и эта новая технология известна как "молекулярная система хранения тепловой энергии солнечной энергии" (MOST).  Проще говоря, жидкость хранится между двумя слоями стеклянной панелей, и после облучения солнцем она изменяется и попадает в небольшой контейнер, где хранятся молекулы в виде высокой энергии.  под действием катализатора высвобождается энергия, и последняя жидкость возвращается в стеклянную панель, чтобы получить солнечную энергию, весь цикл завершен в закрытом состоянии, может быть более эффективно преобразовать солнечную энергию в химическую и рекуперировать примитивную молекулу.  минимальная эффективность мост составляет 3%, теоретически максимальная эффективность может достигать 12 - 16%, но, несмотря на очевидный разрыв между общей эффективностью и обычными солнечными установками, система MOST имеет небольшой легкий качественный уровень, который может быть использован в таких малоразмерных одеяниях, как смартфонные телефоны, т.е.  если поместить его в платье, может даже помочь нам согреться. 



 Так вы думаете, что CSP и MOST действительно войдут в нашу