LONDON, Ontario– Forskere ved Western University i Canada har med succes påvist, at et skum-opbygget flydende fotovoltaisk (FPV)-system udstyret med en luftboble-kan fungere effektivt gennem frysende canadiske vintre og holde is på afstand med minimalt energiforbrug.
Det eksperimentelle system, som fungerede på en 1.475 m² kunstig dam i London, Ontario, fra august 2024 til juni 2025, giver det første empiriske bevis på, at skumbaseret FPV kan fungere pålideligt i iskolde klimaer. Det repræsenterer et teknologisk gennembrud, der kunne låse op for udbredelse af flydende solenergi på tværs af kolde-klimaområder verden over.
"Vi fandt bemærkelsesværdige forskelle mellem målte modultemperaturer og standard PV-temperaturmodeller om vinteren, hvilket fremhæver den unikke termiske dynamik af flade, skum-støttede FPV-systemer," siger Joshua M. Pearce, tilsvarende forfatter til undersøgelsen og direktør for Western's Free Appropriate Sustainability Technology (FAST) forskningsgruppe.
For at løse problemet med isdannelse, som historisk set har begrænset udbredelsen af koldt-klima FPV, udviklede og validerede holdet en overførbar is-smeltemodel ved hjælp af et luft-boblesystem.
"Vi udviklede og validerede en overførbar is-smeltemodel ved hjælp af et luft-boblesystem, der opretholder isfrie forhold med et ubetydeligt energiforbrug," fortalte Pearce til magasinet pv.
Det indsatte luft-boblersystem holdt med succes is-frit åbent vand gennem hele vintersæsonen og forbrugte mellem 0,02 % (1,9 kWh) og 14,5 % (893 kWh) af systemets samlede årlige energiudbytte.
7 kW-systemet bestod af 40 semi-fleksible monokrystallinske PV-moduler organiseret i fire uafhængige arrays på hver 1,75 kW. I modsætning til konventionelle flydende solsystemer, der er afhængige af plastpontoner, var Western University-modulerne direkte bundet til polyethylenskumplader, så de kunne flyde cirka 1 cm over vandoverfladen.
Gennem en regressionsmodel, der analyserede målte driftsdata, fastslog forskerholdet, at det skum-understøttede FPV-system genererede 7,7 MWh pr. år-, hvilket repræsenterer op til 2,7 % mere årlig energi end andre PV-modeller.
"Vi fandt også en ret pæn energiudbyttefordel," sagde Pearce. "Skum-baseret FPV genererede mere energi årligt sammenlignet med andre PV-modeller, hvilket understreger vigtigheden af nøjagtig temperaturmodellering for koldt-klimasystemer."
Ud over energiproduktion viste FPV-arrayet et betydeligt vandbesparelsespotentiale. Systemets fordampningsreduktion skaleres lineært med overfladedækningen, og nåede en maksimal vandbesparelse på 927 kubikmeter om året, hvis 50% af dammens overflade er dækket.
"Undersøgelsen viste også FPV-baseret fordampningsreduktion for vandbesparelse. Men bedst af alt er, at den skum-baserede FPV var økonomisk, mens den løste problemet med FPV i kolde klimaer," tilføjede Pearce.
Fra et økonomisk perspektiv opnåede det skum-baserede FPV-system en positiv nettonutidsværdi på ca. 57.000 canadiske dollars under et scenarie med høje elpriser ($0,55 CAD pr. kWh) for applikationer uden for-netnet, hvilket gav en tilbagediskonteret tilbagebetalingstid på 4,2 år.
Disse resultater fastslår, at flydende solenergi med skum-støtte ikke kun er en levedygtig teknologi til drift i koldt-klima, men også en økonomisk attraktiv investering.
Forskningen blev ledet af Koami Soulemane Hayibo, en ph.d.-kandidat i Westerns Department of Electrical and Computer Engineering, under vejledning af professor Pearce, hvis FAST forskergruppe er specialiseret i solcelleteknologi, åben hardware og bæredygtige energisystemer.
Systemet blev yderligere koblet med et 10 kWh lithium-jernphosphat-batteriopbevaringssystem og en anionbyttermembran (AEM) elektrolysator som den primære belastning, hvilket demonstrerer potentialet for skum-baseret FPV til at strække sig ud over elproduktion til vedvarende brintproduktion.
Pearce understregede, at undersøgelsens resultater er bredt anvendelige ud over det specifikke eksperimentelle setup.
"For at arbejde i Canada udviklede og validerede vi en overførbar is-smeltemodel ved hjælp af et luft-boblesystem," sagde han. Den nye metodiske tilgang muliggør FPV-operationer af enhver art i kolde klimaer, hvor isdannelse historisk set har begrænset udbredelsen.
Forskningen giver et solidt grundlag for fremtidige undersøgelser i større skalaer og på tværs af forskellige vandområder, og positionerer flydende solenergi som en kritisk teknologi for bæredygtig energiudvidelse i både varme og kolde områder verden over.
