Для создания установки ученые разработали систему HyCon. Она использует массивы линз Френеля, которые фокусируют солнечный свет на четыре параллельно соединенных четырехпереходных солнечных элемента размером всего 7 мм² каждый. Линзы установлены на расстоянии 80 мм от элементов с возможностью точной регулировки. Солнечные элементы состоят из четырех слоев специальных полупроводниковых материалов на основе галлия, индия и мышьяка, которые улавливают разные части солнечного спектра. Эта технология ранее продемонстрировала рекордную эффективность преобразования света в электричество — 47,6%.
Электролизер с протонно-обменной мембраной построен на основе двух пластин из хлорированного поливинилхлорида. Они подают очищенную воду в реакционную камеру. Внутри находится мембранно-электродный блок активной площадью 1,13 см² — здесь вода расщепляется на водород и кислород. Мембрана состоит из перфторсульфоновой кислоты с порами 175 мкм. На анод нанесён иридиевый катализатор, на катод — платиновый. Титановая сетка, прижатая титановым винтом, распределяет воду, отводит газы и обеспечивает электрический контакт. Конструкция должна работать при повышенных температурах за счет тепла от солнечных элементов, но в текущей версии потребовался дополнительный подогрев воды.
Полевые испытания проводились в течение 13 летних дней во Фрайбурге с использованием двухосевого солнечного трекера. Максимальная производительность преобразования солнечной энергии в водород (31,3%) была достигнута, когда эффективность фотоэлектрической батареи составила 34,7%, а электролизера — 91,1%. При этом система работала при плотности тока 368 мА/см² и напряжении ячейки 3,25 В. За 107 часов работы и 13 динамических циклов установка не показала никаких признаков деградации.
Ранее двух- и трехпереходные концентрирующие системы достигали максимум 19,8% эффективности на открытом воздухе и 30% в лабораторных условиях. Новая четырехпереходная система превзошла все известные фотоэлектрические и электролизные установки на 5%.
Тем не менее, технология пока находится на ранней стадии подтверждения концепции. Вместе с компанией Clearsun Energy команда создаёт стартап для коммерциализации своих фотоэлектрических систем.
Исследователи считают, что увеличение коэффициента использования мощности технологии HyCon до 35% позволит снизить приведенную стоимость водорода ниже $3 за килограмм. Это сделает технологию конкурентоспособной на рынке чистого топлива. В будущих версиях планируется улучшить тепловую связь между фотоэлектрическими элементами и электролизером, чтобы избежать необходимости подогрева воды.
