LONDON, Ontario– Raziskovalci na Univerzi Western v Kanadi so uspešno dokazali, da lahko lebdeči fotonapetostni (FPV) sistem-podprt s peno, opremljen z zračnim-mehurčkom, učinkovito deluje skozi ledene kanadske zime in zadržuje led v zalivu z minimalno porabo energije.
Eksperimentalni sistem, ki je od avgusta 2024 do junija 2025 deloval na 1475 m² velikem umetnem ribniku v Londonu v Ontariu, zagotavlja prvi empirični dokaz, da lahko FPV na osnovi pene- zanesljivo deluje v ledenem podnebju. Predstavlja tehnološki preboj, ki bi lahko sprostil lebdečo solarno uporabo v regijah s hladnim-podnebjem po vsem svetu.
»Ugotovili smo opazne razlike med izmerjenimi temperaturami modulov in standardnimi fotonapetostnimi temperaturnimi modeli pozimi, kar je poudarilo edinstveno toplotno dinamiko ravnih sistemov FPV-podprtih s peno,« je povedal Joshua M. Pearce, ustrezni avtor študije in direktor raziskovalne skupine Western's Free Appropriate Sustainability Technology (FAST).
Da bi rešili problem nastajanja ledu, ki je v preteklosti omejeval uvedbo FPV za hladno-klimo, je skupina razvila in validirala prenosljiv-model taljenja ledu z uporabo-sistema zračnih mehurčkov.
»Razvili in validirali smo prenosljiv-model taljenja ledu z uporabo-sistema z zračnimi mehurčki, ki ohranja-pogoje brez ledu z zanemarljivo porabo energije,« je Pearce povedal za revijo pv.
Razporejeni sistem-z mehurčkom je uspešno vzdrževal odprto vodo-brez ledu skozi celotno zimsko sezono, pri čemer je porabil med 0,02 % (1,9 kWh) in 14,5 % (893 kWh) celotne letne energije sistema.
7 kW sistem je sestavljalo 40 pol-fleksibilnih monokristalnih PV modulov, organiziranih v štiri neodvisne nize po 1,75 kW. Za razliko od običajnih plavajočih solarnih sistemov, ki temeljijo na plastičnih pontonih, so bili moduli Western University neposredno povezani s ploščami iz polietilenske pene, kar jim je omogočilo, da lebdijo približno 1 cm nad vodno gladino.
Z regresijskim modelom, ki je analiziral izmerjene podatke o delovanju, je raziskovalna skupina ugotovila, da je sistem FPV,-podprt s peno, proizvedel 7,7 MWh na leto-, kar predstavlja do 2,7 % več letne energije kot drugi fotonapetostni modeli.
"Ugotovili smo tudi precej dobro prednost pri izkoristku energije," je dejal Pearce. "FPV na podlagi-pene je letno ustvaril več energije v primerjavi z drugimi fotonapetostnimi modeli, kar poudarja pomen natančnega temperaturnega modeliranja za hladne-klimatske sisteme."
Poleg proizvodnje energije je niz FPV pokazal pomemben potencial za varčevanje z vodo. Zmanjšanje izhlapevanja sistema se linearno spreminja s pokritostjo površine in doseže največji prihranek vode 927 kubičnih metrov na leto, če je pokritih 50 % površine ribnika.
»Študija je pokazala tudi zmanjšanje izhlapevanja-na podlagi FPV za varčevanje z vodo. Najboljše od vsega pa je, da je bil FPV-na osnovi pene ekonomičen, medtem ko je reševal vprašanje FPV v hladnih podnebjih,« je dodal Pearce.
Z ekonomskega vidika je sistem FPV, ki temelji-na peni, dosegel pozitivno neto sedanjo vrednost približno 57.000 kanadskih dolarjev po scenariju visoke cene električne energije (0,55 CAD na kWh) za aplikacije zunaj-omrežja, kar je prineslo znižano dobo vračila 4,2 leta.
Ti rezultati dokazujejo, da je lebdeča sončna-podprta s peno ne le izvedljiva tehnologija za delovanje v-hladnem podnebju, temveč tudi ekonomsko privlačna naložba.
Raziskavo je vodil Koami Soulemane Hayibo, doktorski kandidat na zahodnem oddelku za elektrotehniko in računalništvo, pod nadzorom profesorja Pearcea, katerega raziskovalna skupina FAST je specializirana za sončno fotovoltaično tehnologijo, odprto strojno opremo in trajnostne energetske sisteme.
Sistem je bil nadalje povezan s sistemom za shranjevanje 10 kWh litij-železo-fosfatnih baterij in elektrolizatorjem z anionsko izmenjevalno membrano (AEM) kot primarnim bremenom, kar dokazuje možnost, da se FPV na osnovi pene-ne razširi na proizvodnjo električne energije v proizvodnjo obnovljivega vodika.
Pearce je poudaril, da so ugotovitve študije široko uporabne zunaj specifične eksperimentalne postavitve.
»Za delo v Kanadi smo razvili in validirali prenosljiv-model taljenja ledu z uporabo zračnega-sistema mehurčkov,« je dejal. Nov metodološki pristop omogoča kakršne koli operacije FPV v mrzlih podnebjih, kjer je nastajanje ledu zgodovinsko omejevalo uporabo.
Raziskava zagotavlja trdno osnovo za prihodnje študije v večjem obsegu in na različnih vodnih telesih, pri čemer plavajočo sončno energijo postavlja kot kritično tehnologijo za širitev trajnostne energije v toplih in hladnih regijah po vsem svetu.
