Снимка: SolarInBlue
Изследователи установиха, че плаващите фотоволтаични системи не са непременно изложени на по-висок стрес от влажност в сравнение с наземните, като климатичните условия и дизайнът на самата система често играят по-голяма роля.
Международен изследователски екип, ръководен от учени от Норвегия, сравни нивата на натоварване, предизвикано от влажността, при плаващи и наземни фотоволтаични системи. Изследователите анализираха многогодишни метеорологични данни от седем вътрешни водоема и близките до тях сухоземни участъци, като използваха тези данни за изчисляване на температурите на модулите, относителната влажност (RH) и профилите на проникване на влага.
„Това проучване е първото, което систематично сравнява нивата на стрес, предизвикан от влажността, при инсталации над вода и на суша в различни климатични условия“, заяви авторът Натан Русхолт пред списание Pv magazine. „По този начин то запълва съществуващата празнина в знанията относно натоварването и деградацията, причинени от влагата при плаващите фотоволтаични модули (FPV), както и относно сравнението им с тези при наземните фотоволтаични модули (GPV).“
Русхолт добави, че подобно проучване може „да допринесе за по-доброто разбиране на надеждността на фотоволтаичните модули, като предостави важна научна основа, необходима за разработването на специфични за фотоволтаиката протоколи за изпитване и критерии за подбор на материали – а и двете са от решаващо значение за продължаващия растеж на соларния пазар“.
Проучването обхваща езерата Стуртьорн, Ерсшон и Еркен в Швеция, езерото Алмбергасьон в Норвегия, езерото Вашингтон в САЩ, езерото Харп в Канада и езерото Таупо в Нова Зеландия. За всеки обект изследователите анализираха полеви данни за температурата на въздуха, относителната влажност, скоростта на вятъра и температурата на водата, които съчетаха с данни за слънчевата радиация от ERA5.
Използвайки тези набори от данни, екипът моделира температурите на фотоволтаичните модули и условията на влажност с помощта на температурния модел на Файман за фотоволтаични системи. След това използва триизмерен дифузионен модел с крайни елементи, за да симулира проникването на влага в модули от типа „стъкло-стъкло“ и „стъкло-заден слой“ (glass-backsheet) за период от 25 години. Проучването оцени също така как проектните параметри на соларните системи – включително височината на модулите над водната повърхност и ефективността на топлопредаването – влияят върху натоварването, предизвикано от влагата.
„Най-изненадващият резултат от това проучване е, че нивата на стрес, предизвикан от влажността, не са непременно по-високи над вода, отколкото над суша“, заяви Русхолт. „Вместо това климатичната зона, както и редица фактори при проектирането на плаващите фотоволтаични системи – включително височината на модулите над водата и степента на охлаждане – често оказват по-голямо влияние, отколкото самото разположение на модула над вода или над суша.“
Снимка: Institute for Energy Technology
Резултатите показват, че температурите на околната среда и на модулите над вода и над суша са сходни, като абсолютните средни разлики са по-малки от 2 °C. Относителната влажност над водните повърхности обаче може да бъде както по-висока, така и по-ниска от тази над сушата, като абсолютните средни разлики достигат до 9 процентни пункта в зависимост от местоположението. Над сушата дневните колебания на температурата и относителната влажност са по-големи, отколкото над водата, което изследователите отдават на стабилизиращия ефект на водните басейни.
Моделираното вътрешно съдържание на влага също е било почти винаги по-високо при наземните фотоволтаични (GPV) модули, отколкото при плаващите (FPV), като средните концентрации са били с до 37% по-високи. Изследователите установиха, че проектът на FPV системата оказва още по-голямо влияние върху проникването на влага: разликите във височината на модулите над водната повърхност променят средните концентрации на влага с до 47%, докато разликите в ефективността на топлопредаването ги променят с до 42%.
„Резултатите сочат, че фотоволтаичните модули може би не винаги се нуждаят от специално адаптиран дизайн или нови схеми за тестване, за да се справят с влажността, както често се предполага“, отбеляза ученият. „Изследването подчертава също така, че резултатите за надеждността на фотоволтаичните системи могат да зависят силно от климатичната зона и проекта на системата, което затруднява прякото пренасяне на заключенията между различни системи или дефинирането на „плаващата среда“ като единна концепция.“
Изследователската работа е представена в статията „Сравнение на нивата на напрежение, предизвикани от влажността, при плаващи и наземни фотоволтаични инсталации“, публикувана в списание Solar Energy. В проучването участват учени от Норвежкия институт за енергийни технологии, Университета в Осло, Норвежкия институт за изследване на водите, окръг Кинг в САЩ, Университета на Уисконсин-Медисън, колежа „Макалестър“, Държавния университет на Ню Йорк в Онеонта, Университета в Олбани, Шведския университет по селскостопански науки, Университета „Виктория“ в Уелингтън (Нова Зеландия), Министерството на околната среда на Канада, Университета „Куинс“, Университета на Саскачеван и италианската фондация „Едмунд Мах“.