Παγοφοβικές επιφάνειες για πάγο, χιονόπτωση σε Utility Scale Solar

Αμερικανοί ερευνητές ανέπτυξαν ένα σύστημα επίστρωσης που υποστηρίζεται ότι επιτρέπει αποτελεσματικά την επαναλαμβανόμενη, παθητική απόρριψη χιονιού και πάγου σε ηλιακές εγκαταστάσεις κλίμακας κοινής χρήσης σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών υπό το μηδέν έως και -35 βαθμούς Κελσίου.

“Με ορισμένες πρόσθετες δοκιμές, η τεχνολογία μας θα είναι άμεσα εφαρμόσιμη σε πραγματικές ηλιακές εγκαταστάσεις,” είπε ο αντίστοιχος συγγραφέας της έρευνας, Anish Tuteja, στο περιοδικό pv.“Σχεδιάζουμε να κάνουμε περισσότερα εκτεταμένα πειράματα σύντομα, όπου η επίστρωση θα δοκιμαστεί για μερικά χρόνια σε εξωτερικούς ηλιακούς συλλέκτες.”

Τα 50μΗ επίστρωση m αποτελείται από μια οπτικά διαφανή επιφάνεια που εμφανίζει εξαιρετικά χαμηλή διεπιφανειακή πρόσφυση και σκληρότητα στον πάγο. Κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα ελαίου μέσης αλυσίδας τριγλυκεριδίου (MCT) με περιεκτικότητα βάρους 60% κ.β. για την πλαστικοποίηση δύο κοινών βιομηχανικών πολυμερών πολυβινυλοχλωριδίων γνωστών ως MC2 και MC6, αντίστοιχα.

Οι δύο λύσεις δοκιμάστηκαν σε ένα υποσύνολο πάνελ 72 κυψελών διαστάσεων 2x1 m σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα συνδεδεμένο στο δίκτυο που λειτουργούσε από μια κοινή επιχείρηση της Αλάσκας στο Fairbanks κατά τους χειμώνες του 2019 και του 2020. Η γωνία κλίσης της εγκατάστασης ορίστηκε στις 45 μοίρες για διευκόλυνση χιονόπτωση και και οι 16 μονάδες που χρησιμοποιήθηκαν για το πείραμα ήταν εξοπλισμένες με μικρο-μετατροπείς. Και τα δύο διαλύματα MC2 και MC6 εφαρμόστηκαν στο γυαλί επιφάνειας της μονάδας και στο δομικό πλαίσιο.

Τα πάνελ εγκαταστάθηκαν τέσσερα προς τα πάνω σε οριζόντιο προσανατολισμό και κάθε στήλη που περιλαμβάνει επικαλυμμένα πάνελ χωρίστηκε από μια στήλη που φιλοξενούσε μη επικαλυμμένα πάνελ.“Τα δεδομένα σχετικά με τη χιονόπτωση συλλέχθηκαν από μια κάμερα ερευνητικού βαθμού τοποθετημένη κανονικά [κανονικά] σε κάθε συστοιχία και με οπτικό πεδίο αρκετό για να καταγράψει την πλήρη σειρά των πειραματικών πάνελ,” εξήγησαν οι επιστήμονες.“Μέσα σε λίγα λεπτά, και οι δύο στήλες MC2 και MC6 παρουσίασαν επιταχυνόμενη χιονόπτωση, σε σχέση με τη στήλη ελέγχου χωρίς επίστρωση, με μειωμένη κάλυψη χιονιού κατά περίπου 61% και περίπου 32% στα MC2 και MC6 [επικαλυμμένα πάνελ], αντίστοιχα.”

Τα μη επικαλυμμένα πάνελ, αντίθετα, παρέμειναν πλήρως καλυμμένα από χιόνι και πάγο κατά την περίοδο των δοκιμών και ήταν σε θέση να παράγουν σχεδόν μηδενική ηλεκτρική ενέργεια. Η απομάκρυνση του χιονιού που προκλήθηκε από τον άνεμο ήταν ελάχιστη κατά τη διάρκεια των δοκιμών, καθώς καταγράφηκαν άνεμοι με πολύ περιορισμένη ταχύτητα.

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η λύση MC2 επιτυγχάνει την καλύτερη απόδοση, με αποτέλεσμα μια μέση περιοχή κάλυψης χιονιού μόλις 27,7%, ενώ η λύση MC6 κατάφερε να επιτύχει κατά μέσο όρο 45,4%. Το τελευταίο βρέθηκε να έχει χαμηλότερη μηχανική αντοχή, γεγονός που έφερε και αποκόλληση στα πάνελ. Το πρώτο διατήρησε την απόδοση και τη σταθερότητά του κατά τις 77 ημέρες του πειράματος.

Οι επιστήμονες τόνισαν ότι η τεχνολογία επίστρωσης μπορεί να ρίξει διαφορετικούς τύπους χιονιού και πάγου και είπαν ότι μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε Φ/Β ενσωματωμένα σε κτίρια.“Το κόστος των υλικών αναμένεται να είναι αρκετά χαμηλό,” είπε ο Tuteja στο περιοδικό pv.“Θα υπολόγιζα ότι είναι λιγότερο από 1 $ ανά τετραγωνικό μήκος.”

Η νέα τεχνική προτείνεται στην εργασία Facilitating Large-Scale Snow Shedding from In-Field Solar Arrays using Icephobic Surfaces with Low-Interfacial Toughness, που δημοσιεύτηκε στο Advanced Materials Technologies. Η ερευνητική ομάδα αποτελείται από επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, το Πανεπιστήμιο της Αλάσκας και τα Εθνικά Εργαστήρια Sandia του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ'.