LONDYN, Ontario– Naukowcy z Western University w Kanadzie z powodzeniem wykazali, że pływający system fotowoltaiczny (FPV) na podłożu piankowym- wyposażony w bąbelek-powietrza może działać skutecznie podczas mroźnych kanadyjskich zim, powstrzymując lód przy minimalnym zużyciu energii.
System eksperymentalny, który działał na sztucznym stawie o powierzchni 1475 m² w Londynie w Ontario od sierpnia 2024 r. do czerwca 2025 r., dostarcza pierwszego empirycznego dowodu na to, że FPV na bazie pianki-może niezawodnie działać w lodowatym klimacie. Stanowi przełom technologiczny, który może umożliwić wykorzystanie pływającej energii słonecznej w regionach o zimnym-klimacie na całym świecie.
„Odkryliśmy zauważalne różnice między zmierzonymi temperaturami modułów a standardowymi modelami temperatury modułów fotowoltaicznych w okresie zimowym, podkreślając wyjątkową dynamikę termiczną płaskich systemów FPV-podpartych pianką” – powiedział Joshua M. Pearce, autor korespondujący z badaniem i dyrektor grupy badawczej Free Appropriate Sustainability Technology (FAST) firmy Western.
Aby rozwiązać problem tworzenia się lodu, który w przeszłości ograniczał wdrażanie FPV w-zimnym klimacie, zespół opracował i zweryfikował model topnienia-przenośnego lodu z wykorzystaniem systemu-pęcherzyków powietrza.
„Opracowaliśmy i sprawdziliśmy model topnienia-przenośnego lodu, wykorzystujący system-pęcherzyków powietrza, utrzymujący warunki wolne od lodu-przy znikomym zużyciu energii” – Pearce powiedział magazynowi pv.
Zastosowany system-bełkotek powietrza skutecznie utrzymywał-wolną wodę w otwartej wodzie przez cały sezon zimowy, zużywając od 0,02% (1,9 kWh) do 14,5% (893 kWh) całkowitego rocznego uzysku energii systemu.
System o mocy 7 kW składał się z 40 pół-elastycznych monokrystalicznych modułów fotowoltaicznych zorganizowanych w cztery niezależne układy o mocy 1,75 kW każdy. W przeciwieństwie do konwencjonalnych pływających systemów słonecznych, które opierają się na plastikowych pontonach, moduły Western University zostały bezpośrednio połączone z płytami z pianki polietylenowej, dzięki czemu unosiły się około 1 cm nad powierzchnią wody.
Za pomocą modelu regresji analizującego zmierzone dane operacyjne zespół badawczy ustalił, że-system FPV wzmocniony pianką generował 7,7 MWh rocznie-, co stanowi do 2,7% więcej energii rocznej niż inne modele fotowoltaiczne.
„Odkryliśmy także całkiem niezłą przewagę w zakresie wydajności energetycznej” – powiedział Pearce. „FPV na bazie pianki-generował więcej energii rocznie w porównaniu z innymi modelami fotowoltaicznymi, co podkreśla znaczenie dokładnego modelowania temperatury w systemach-zimnego klimatu”.
Oprócz produkcji energii układ FPV wykazał znaczny potencjał w zakresie oszczędzania wody. Redukcja parowania w systemie skaluje się liniowo w zależności od pokrycia powierzchni, osiągając maksymalną oszczędność wody wynoszącą 927 metrów sześciennych rocznie, jeśli pokryte jest 50% powierzchni stawu.
„Badanie wykazało także redukcję parowania w oparciu o FPV-w celu oszczędzania wody. Ale co najważniejsze, FPV na bazie pianki-było ekonomiczne, rozwiązując jednocześnie problem FPV w zimnym klimacie” – dodał Pearce.
Z ekonomicznego punktu widzenia system FPV-na bazie pianki osiągnął dodatnią wartość bieżącą netto w wysokości około 57 000 dolarów kanadyjskich przy scenariuszu wysokich cen energii elektrycznej (0,55 CAD za kWh) dla zastosowań poza-siecią, co daje zdyskontowany okres zwrotu inwestycji wynoszący 4,2 roku.
Wyniki te potwierdzają, że pływająca energia słoneczna-na podłożu piankowym jest nie tylko opłacalną technologią do zastosowań w-zimnym klimacie, ale także atrakcyjną ekonomicznie inwestycją.
Badania prowadził Koami Soulemane Hayibo, doktorant na Wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Western, pod kierunkiem profesora Pearce'a, którego grupa badawcza FAST specjalizuje się w technologii fotowoltaicznej, otwartym sprzęcie i systemach zrównoważonej energii.
System został ponadto połączony z systemem przechowywania akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych o pojemności 10 kWh i elektrolizerem z membraną anionowymienną (AEM) jako głównym obciążeniem, co pokazało, że FPV na bazie pianki-może wykraczać poza wytwarzanie energii elektrycznej i zająć się produkcją wodoru ze źródeł odnawialnych.
Pearce podkreślił, że wyniki badania mają szerokie zastosowanie poza konkretnymi układami eksperymentalnymi.
„Na potrzeby pracy w Kanadzie opracowaliśmy i zweryfikowaliśmy możliwy do przeniesienia model-topnienia lodu wykorzystujący system-pęcherzyków powietrza” – powiedział. Nowe podejście metodologiczne umożliwia wszelkiego rodzaju operacje FPV w zimnym klimacie, gdzie tworzenie się lodu w przeszłości ograniczało zastosowanie.
Badania stanowią solidną podstawę do przyszłych badań na większą skalę i na różnych zbiornikach wodnych, pozycjonując pływającą energię słoneczną jako technologię o kluczowym znaczeniu dla zrównoważonej ekspansji energetycznej zarówno w ciepłych, jak i zimnych regionach świata.
