ΛΟΝΔΙΝΟ, Οντάριο– Ερευνητές στο Western University στον Καναδά απέδειξαν με επιτυχία ότι ένα-πλωτό φωτοβολταϊκό σύστημα (FPV) με υποστήριξη αφρού, εξοπλισμένο με φυσαλίδα αέρα{{1}, μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά στους παγωμένους καναδικούς χειμώνες, κρατώντας τον πάγο μακριά με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας.
Το πειραματικό σύστημα, το οποίο λειτούργησε σε μια τεχνητή λίμνη 1.475 m² στο Λονδίνο του Οντάριο, από τον Αύγουστο του 2024 έως τον Ιούνιο του 2025, παρέχει τις πρώτες εμπειρικές αποδείξεις ότι το FPV με βάση τον αφρό-μπορεί να λειτουργήσει αξιόπιστα σε παγωμένα κλίματα. Αντιπροσωπεύει μια τεχνολογική καινοτομία που θα μπορούσε να ξεκλειδώσει την πλωτή εγκατάσταση ηλιακής ενέργειας σε περιοχές με ψυχρό-κλίμα σε όλο τον κόσμο.
"Βρήκαμε αξιοσημείωτες διαφορές μεταξύ των μετρούμενων θερμοκρασιών των μονάδων και των τυπικών μοντέλων θερμοκρασίας Φ/Β κατά τη διάρκεια του χειμώνα, υπογραμμίζοντας τη μοναδική θερμική δυναμική των επίπεδων συστημάτων FPV{0}με υποστήριξη αφρού", δήλωσε ο Joshua M. Pearce, αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης και διευθυντής της ερευνητικής ομάδας Free Appropriate Sustainability Technology (FAST) της Western.
Για την αντιμετώπιση του προβλήματος σχηματισμού πάγου που περιόριζε ιστορικά την ανάπτυξη FPV στο κρύο-κλίμα, η ομάδα ανέπτυξε και επικύρωσε ένα μεταφερόμενο μοντέλο τήξης πάγου- χρησιμοποιώντας ένα σύστημα φυσαλίδων αέρα-.
"Αναπτύξαμε και επικυρώσαμε ένα μεταφερόμενο-μοντέλο τήξης πάγου χρησιμοποιώντας ένα-σύστημα φυσαλίδων αέρα, διατηρώντας συνθήκες ελεύθερου πάγου-με αμελητέα κατανάλωση ενέργειας", δήλωσε ο Pearce στο περιοδικό pv.
Το ανεπτυγμένο σύστημα φυσαλίδων αέρα-διατήρησε με επιτυχία πάγο-ελεύθερο ανοιχτό νερό καθ' όλη τη χειμερινή περίοδο, καταναλώνοντας μεταξύ 0,02% (1,9 kWh) και 14,5% (893 kWh) της συνολικής ετήσιας ενεργειακής απόδοσης του συστήματος.
Το σύστημα 7 kW αποτελούνταν από 40 ημι-ευέλικτες μονοκρυσταλλικές φωτοβολταϊκές μονάδες οργανωμένες σε τέσσερις ανεξάρτητες συστοιχίες των 1,75 kW η καθεμία. Σε αντίθεση με τα συμβατικά πλωτά ηλιακά συστήματα που βασίζονται σε πλαστικούς πλωτήρες, οι μονάδες του Western University συνδέθηκαν απευθείας σε πλάκες αφρού πολυαιθυλενίου, επιτρέποντάς τους να επιπλέουν περίπου 1 cm πάνω από την επιφάνεια του νερού.
Μέσω ενός μοντέλου παλινδρόμησης που αναλύει μετρημένα λειτουργικά δεδομένα, η ερευνητική ομάδα προσδιόρισε ότι το-σύστημα FPV με υποστήριξη αφρού παρήγαγε 7,7 MWh ετησίως-που αντιπροσωπεύει έως και 2,7% περισσότερη ετήσια ενέργεια από άλλα μοντέλα φωτοβολταϊκών.
«Βρήκαμε επίσης ένα πολύ ωραίο πλεονέκτημα απόδοσης ενέργειας», είπε ο Pearce. "Το FPV που βασίζεται-με αφρό παρήγαγε περισσότερη ενέργεια ετησίως σε σύγκριση με άλλα μοντέλα φωτοβολταϊκών, τονίζοντας τη σημασία της ακριβούς μοντελοποίησης θερμοκρασίας για συστήματα ψυχρού-κλίματος."
Εκτός από την παραγωγή ενέργειας, η συστοιχία FPV έδειξε σημαντικό δυναμικό εξοικονόμησης νερού. Η μείωση της εξάτμισης του συστήματος κλιμακώθηκε γραμμικά με την επιφανειακή κάλυψη, φτάνοντας τη μέγιστη εξοικονόμηση νερού 927 κυβικών μέτρων ετησίως εάν καλύπτεται το 50% της επιφάνειας της λίμνης.
"Η μελέτη έδειξε επίσης μείωση της εξάτμισης με βάση το FPV-για εξοικονόμηση νερού. Αλλά το καλύτερο από όλα είναι ότι το FPV με βάση τον αφρό- ήταν οικονομικό ενώ έλυνε το πρόβλημα του FPV σε ψυχρά κλίματα", πρόσθεσε ο Pearce.
Από οικονομικής σκοπιάς, το σύστημα FPV{0}}που βασίζεται σε αφρό πέτυχε θετική καθαρή παρούσα αξία περίπου 57.000 καναδικών δολαρίων σύμφωνα με ένα σενάριο υψηλής τιμής ηλεκτρικής ενέργειας (0,55 $ CAD ανά kWh) για εφαρμογές εκτός δικτύου-, αποφέροντας μειωμένη περίοδο απόσβεσης 4,2 ετών.
Αυτά τα αποτελέσματα καθιερώνουν-πλωτή ηλιακή ενέργεια με υποστήριξη αφρού ως όχι μόνο μια βιώσιμη τεχνολογία για λειτουργίες ψυχρού-κλίματος αλλά και ως μια οικονομικά ελκυστική επένδυση.
Επικεφαλής της έρευνας ήταν ο Koami Soulemane Hayibo, υποψήφιος διδάκτορας στο Western's Department of Electrical and Computer Engineering, υπό την επίβλεψη του καθηγητή Pearce, του οποίου η ερευνητική ομάδα FAST ειδικεύεται στην ηλιακή φωτοβολταϊκή τεχνολογία, το ανοιχτό υλικό και τα βιώσιμα ενεργειακά συστήματα.
Το σύστημα συνδυάστηκε περαιτέρω με ένα σύστημα αποθήκευσης μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου 10 kWh και έναν ηλεκτρολύτη με μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων (AEM) ως κύριο φορτίο, αποδεικνύοντας τη δυνατότητα για FPV με βάση τον αφρό- να επεκταθεί πέρα από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην παραγωγή ανανεώσιμων πηγών υδρογόνου.
Ο Pearce τόνισε ότι τα ευρήματα της μελέτης είναι ευρέως εφαρμόσιμα πέρα από τη συγκεκριμένη πειραματική διάταξη.
"Για να εργαστούμε στον Καναδά, αναπτύξαμε και επικυρώσαμε ένα μεταφερόμενο μοντέλο τήξης πάγου-με χρήση ενός συστήματος φυσαλίδων αέρα-," είπε. Η νέα μεθοδολογική προσέγγιση επιτρέπει λειτουργίες FPV οποιουδήποτε είδους σε ψυχρά κλίματα όπου ο σχηματισμός πάγου περιόρισε ιστορικά την ανάπτυξη.
Η έρευνα παρέχει μια στέρεη βάση για μελλοντικές μελέτες σε μεγαλύτερη κλίμακα και σε διάφορα υδάτινα σώματα, τοποθετώντας την πλωτή ηλιακή ενέργεια ως κρίσιμη τεχνολογία για τη βιώσιμη ενεργειακή επέκταση τόσο σε θερμές όσο και σε ψυχρές περιοχές σε όλο τον κόσμο.
