Ερευνητές του Western University στον Καναδά σχεδίασαν ένα πλωτό φωτοβολταϊκό σύστημα (FPV) με αφρώδες υπόστρωμα (Interesting Engineering)
Το σύστημα δοκιμάστηκε σε μια λεκάνη ομβρίων υδάτων στο Οντάριο του Καναδά και παρήγαγε 7,7 μεγαβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας σε διάστημα ενός έτους, ξεπερνώντας κατά περίπου 2,7% ένα τυπικό πλωτό σύστημα αναφοράς.
«Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης καθιέρωσαν το πλωτό φωτοβολταϊκό σύστημα (FPV) με βάση από αφρώδες υλικό ως μια πολλά υποσχόμενη και προσαρμόσιμη πλατφόρμα για παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας», σημείωσε η ερευνητική ομάδα στη δημοσίευση της μελέτης.
Η λύση για τον πάγο
Η ηλιακή ενέργεια αντιμετωπίζει εδώ και καιρό ένα γεωγραφικό πρόβλημα.
Για την κατασκευή των τεράστιων ηλιακών πάρκων που απαιτούνται ώστε να υποκατασταθούν τα ορυκτά καύσιμα, οι επενδυτές χρειάζονται γη.
Συνήθως, αυτό σημαίνει ανταγωνισμό με τη γεωργική χρήση ή επέκταση σε φυσικές προστατευόμενες περιοχές. Η λύση σε θερμότερα κλίματα ήταν τα floatovoltaics - η τοποθέτηση ηλιακών πάνελ πάνω σε γιγαντιαίους πλαστικούς πλωτήρες σε λίμνες και ταμιευτήρες.
Όμως, αν επιχειρήσει κανείς κάτι τέτοιο κατά τη διάρκεια ενός καναδικού χειμώνα, ο παχύς κινούμενος πάγος θα συνθλίψει τις κατασκευές σαν κουτάκια αλουμινίου.
Τώρα, οι ερευνητές έλυσαν το πρόβλημα των ψυχρών κλιμάτων χρησιμοποιώντας έναν παραπλανητικά απλό συνδυασμό υλικών: αφρό συσκευασίας και φυσαλίδες υδρομασάζ.
Συγκεκριμένα, κατασκευάστηκε ένα μονοκρυσταλλικό FPV με αφρώδες υπόστρωμα.
Το σύστημα δείχνει ότι τα πλωτά φωτοβολταϊκά όχι μόνο μπορούν να επιβιώσουν σε συνθήκες παγετού, αλλά και να αποδώσουν εξαιρετικά σε αυτές.
Σε σύγκριση με τις κεκλιμένες πλαστικές πλατφόρμες που χρησιμοποιούνται σε θερμότερα κλίματα, αυτός ο σχεδιασμός στερεώνει εύκαμπτα ηλιακά πάνελ απευθείας πάνω σε παχιές αδιάβροχες πλάκες αφρώδους υλικού, μειώνοντας την έκθεση στον άνεμο.
Για την αποτροπή ζημιών από τον πάγο, εγκαταστάθηκε ένα υποβρύχιο σύστημα αερισμού με φυσαλίδες.
Μια αντλία στην ακτή ωθεί φυσαλίδες από τον πυθμένα της λεκάνης, μεταφέροντας θερμότερο νερό από τα βαθύτερα στρώματα προς την επιφάνεια ώστε να διατηρεί την περιοχή γύρω από τα πάνελ χωρίς πάγο. Το σύστημα λειτούργησε σαν ένας τοπικός μηχανισμός απόψυξης.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τις ημέρες που το υπόλοιπο τμήμα της λεκάνης ήταν παγωμένο, το νερό ακριβώς γύρω από τη φωτοβολταϊκή συστοιχία παρέμενε εντελώς καθαρό.
Υψηλότερη ενεργειακή απόδοση
Η απομάκρυνση του πάγου δεν είχε σημαντικό ενεργειακό κόστος. Κατά τη διάρκεια ενός έτους συνεχούς παρακολούθησης, το σύστημα αερισμού με φυσαλίδες κατανάλωσε μόλις το 0,02% της συνολικής ενέργειας που παρήγαγαν τα πάνελ.
Στη μέγιστη επιβάρυνσή του, κατά τις σφοδρότερες χειμερινές καταιγίδες, μείωσε την ενεργειακή απόδοση μόνο κατά 14,5%.
«Ένα μοντέλο παλινδρόμησης που αναπτύχθηκε σε αυτή τη μελέτη έδειξε ότι το FPV με αφρώδες υπόστρωμα παρήγαγε 7,7 MWh ετησίως, αντιπροσωπεύοντας έως και 2,7% περισσότερη ενέργεια σε σύγκριση με άλλα φωτοβολταϊκά μοντέλα», αναφέρεται στη μελέτη.
Το σύστημα λειτούργησε επίσης ως εργαλείο εξοικονόμησης νερού
Καθώς εφάπτεται στην επιφάνεια του νερού, η συστοιχία με αφρώδες υπόστρωμα λειτουργεί ως φυσικό κάλυμμα, εμποδίζοντας την άμεση ηλιακή ακτινοβολία και περιορίζοντας τον άνεμο που συνήθως προκαλεί εξάτμιση.
Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι η σχέση μεταξύ της κάλυψης από φωτοβολταϊκά και της εξοικονόμησης νερού είναι γραμμική, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε επιπλέον τετραγωνικό μέτρο πάνελ οδηγεί σε προβλέψιμη μείωση των απωλειών νερού.
«Η κάλυψη FPV μείωσε γραμμικά την εξάτμιση της λεκάνης, συμβάλλοντας στη διατήρηση υδάτινων πόρων για τη γεωργία», αναφέρεται στη μελέτη.
Αν το σύστημα επεκτεινόταν ώστε να καλύπτει μόλις το μισό της λεκάνης ομβρίων υδάτων στο Οντάριο, θα συγκρατούσε και θα εξοικονομούσε περίπου 927 κυβικά μέτρα νερού ετησίως.
Για τις τοπικές κοινότητες και τους αγρότες, αυτό σημαίνει ότι εκατοντάδες χιλιάδες γαλόνια πολύτιμου νερού θα παραμένουν στον ταμιευτήρα για την υποστήριξη της αγροτικής άρδευσης όταν υπάρχει η μεγαλύτερη ανάγκη.
Με την ιδέα να έχει αποδειχθεί σε μικρή κλίμακα, οι ερευνητές επιδιώκουν πλέον να μεταφέρουν τον σχεδιασμό με αφρό και φυσαλίδες πέρα από τη συγκεκριμένη λεκάνη.
Το επόμενο βήμα είναι η δοκιμή της τεχνολογίας σε μεγαλύτερη κλίμακα και σε πιο απαιτητικά και ποικιλόμορφα υδάτινα περιβάλλοντα.
www.worldenergynews.gr
