LONDON, Ontario– Kanada Lääne ülikooli teadlased on edukalt näidanud, et vaht{0}}tagatud ujuv fotogalvaaniline (FPV) süsteem, mis on varustatud õhu-mullitajaga, võib Kanada külmade talvede ajal tõhusalt töötada, hoides jääd minimaalse energiatarbimisega eemal.
Katsesüsteem, mis töötas 2024. aasta augustist kuni 2025. aasta juunini Londonis Ontarios 1475 m² suurusel tehistiigil, annab esimesed empiirilised tõendid selle kohta, et vahu{4}}põhine FPV võib jäises kliimas usaldusväärselt toimida. See kujutab endast tehnoloogilist läbimurret, mis võib avada ujuva päikeseenergia kasutuselevõtu külma{6}}kliimaga piirkondades üle maailma.
"Leidsime märkimisväärseid erinevusi mõõdetud moodulite temperatuuride ja standardsete PV temperatuurimudelite vahel talvel, tõstes esile lamedate vahtplastist{0}}tagatud FPV-süsteemide ainulaadset soojusdünaamikat," ütles uuringu vastav autor ja Westerni tasuta sobiva jätkusuutlikkuse tehnoloogia (FAST) uurimisrühma direktor Joshua M. Pearce.
Et lahendada jää moodustumise probleem, mis on ajalooliselt piiranud külma{0}}kliima FPV kasutuselevõttu, töötas meeskond välja ja valideeris ülekantava jää -sulatusmudeli, kasutades õhu-mullitussüsteemi.
"Arendasime ja valideerisime ülekantava jää -sulatusmudeli, kasutades õhu-mullitussüsteemi, säilitades jää-vabad tingimused tühise energiatarbimisega," rääkis Pearce ajakirjale pv.
Kasutusele võetud õhu{0}}mullitamissüsteem säilitas kogu talvehooaja edukalt jäävaba avaveekogu, tarbides 0,02% (1,9 kWh) kuni 14,5% (893 kWh) süsteemi aastasest energiakogusest.
7 kW süsteem koosnes 40 pool-paindlikust monokristalllisest PV-moodulist, mis olid jagatud neljaks sõltumatuks massiiviks, igaüks 1,75 kW. Erinevalt tavalistest ujuvatest päikesesüsteemidest, mis põhinevad plastist pontoonidel, ühendati Lääne ülikooli moodulid otse vahtpolüetüleenplaatidega, võimaldades neil hõljuda umbes 1 cm kõrgusel veepinnast.
Mõõdetud tööandmeid analüüsiva regressioonimudeli abil tegi uurimisrühm kindlaks, et vaht{0}}toega FPV-süsteem tootis 7,7 MWh aastas,{2}}mis on kuni 2,7% rohkem aastas energiat kui teised PV mudelid.
"Leidsime ka päris kena energiasaagi eelise," ütles Pearce. "Vahu{1}}põhine FPV tootis igal aastal rohkem energiat võrreldes teiste PV mudelitega, rõhutades külmade kliimasüsteemide täpse temperatuuri modelleerimise tähtsust."
Lisaks energia tootmisele näitas FPV massiiv olulist veesäästupotentsiaali. Süsteemi aurustumise vähendamine skaleerus lineaarselt pinnakattega, saavutades maksimaalse veesäästu 927 kuupmeetrit aastas, kui 50% tiigi pinnast on kaetud.
"Uuring näitas ka FPV{0}}põhist aurustumise vähendamist vee säästmiseks. Kuid kõige parem on see, et vahu-põhine FPV oli ökonoomne, lahendades FPV probleemi külmas kliimas," lisas Pearce.
Majanduslikust perspektiivist vaadatuna saavutas vaht{0}}põhine FPV-süsteem kõrge elektrihinna stsenaariumi korral (0,55 CAD/kWh) elektrivõrguväliste rakenduste puhul positiivse nüüdispuhasväärtuse ligikaudu 57 000 Kanada dollarit, andes 4,2-aastase diskonteeritud tasuvusaja.
Need tulemused näitavad, et vaht{0}toega ujuv päikesepatarei pole mitte ainult elujõuline tehnoloogia külma kliimaga{1}}operatsioonide jaoks, vaid ka majanduslikult atraktiivne investeering.
Uuringut juhtis Lääne elektri- ja arvutitehnika osakonna doktorant Koami Soulemane Hayibo professor Pearce'i juhendamisel, kelle FAST uurimisrühm on spetsialiseerunud päikese fotogalvaanilisele tehnoloogiale, avatud riistvarale ja säästvatele energiasüsteemidele.
Lisaks ühendati süsteem 10 kWh liitiumraudfosfaatpatarei salvestussüsteemiga ja anioonvahetusmembraani (AEM) elektrolüsaatoriga kui esmase koormusega, mis näitab vahu{1}}põhise FPV potentsiaali laiendada elektritootmisest taastuva vesiniku tootmiseks.
Pearce rõhutas, et uuringu tulemused on laialdaselt rakendatavad väljaspool konkreetset katseseadet.
"Kanadas töötamiseks töötasime välja ja valideerisime ülekantava jää-sulatusmudeli, kasutades õhu-mullitamissüsteemi," ütles ta. Uus metoodiline lähenemisviis võimaldab mis tahes tüüpi FPV-operatsioone külmas kliimas, kus jää moodustumine on ajalooliselt piiranud kasutuselevõttu.
Uuring loob tugeva aluse tulevasteks uuringuteks suuremas mastaabis ja erinevates veekogudes, asetades ujuva päikeseenergia kriitilise tähtsusega tehnoloogia säästvale energiapaisutamisele nii soojades kui ka külmades piirkondades üle maailma.
