Isfobe overflater for is, snøfredning i bruksskala solenergi

Amerikanske forskere har utviklet et beleggsystem som hevdes effektivt å muliggjøre gjentatte, passive utslipp av snø og is i solenergianlegg i bruksskala over et bredt spekter av minusgrader ned til -35 grader Celsius.

“Med litt ekstra testing vil teknologien vår umiddelbart kunne brukes på ekte solcelleinstallasjoner,” den tilsvarende forfatteren, Anish Tuteja, fortalte pv magazine.“Vi planlegger å gjøre flere utvidede eksperimenter snart, hvor belegget skal testes i et par år på utendørs solcellepaneler.”

De 50μm belegg består av en optisk transparent overflate som viser både ekstremt lav isgrenseflateheft og seighet. Den ble fremstilt ved å bruke en løsning av middelkjede triglyserid (MCT) olje med et vektinnhold på 60 vekt% for å mykne to vanlige industrielle polymer polyvinylklorider kjent som henholdsvis MC2 og MC6.

De to løsningene ble testet i en undergruppe av 72-cellers paneler som måler 2x1m på et nettbundet PV-system drevet av et Alaskan-verk i Fairbanks i løpet av vintrene 2019 og 2020. Vippevinkelen til installasjonen ble satt til 45 grader for å lette snøfall, og alle de 16 modulene som ble brukt til eksperimentet var utstyrt med mikro-invertere. Både MC2- og MC6-løsningene ble brukt på modulens overflateglass og strukturrammen.

Panelene ble installert fire-opp i liggende orientering, og hver søyle inkludert belagte paneler ble atskilt med en søyle som var vert for ubestrøede paneler.“Data om snøfall ble samlet inn av et kamera av forskningskvalitet plassert normalt [ly] til hver gruppe og med et synsfelt som er tilstrekkelig til å fange hele utvalget av eksperimentelle paneler,” forklarte forskerne.“I løpet av få minutter viste både MC2- og MC6-søylene akselerert snøfall, i forhold til den ubelagte kontrollsøylen, med snødekning redusert med rundt 61 % og ca. 32 % på henholdsvis MC2 og MC6 [-belagte paneler.”

De ubelagte panelene forble derimot fullstendig dekket av snø og is under testperioden og var i stand til å produsere nesten null strøm. Snørydding forårsaket av vind var minimal under testing, da det ble registrert vind med svært begrenset hastighet.

Forskerne fant at MC2-løsningen oppnår den beste ytelsen, noe som resulterer i et gjennomsnittlig snødekningsområde på bare 27,7 %, mens MC6-løsningen var i stand til å oppnå et gjennomsnitt på 45,4 %. Sistnevnte ble funnet å ha lavere mekanisk styrke, noe som også førte til delaminering av panelene. Førstnevnte opprettholdt ytelsen og stabiliteten i løpet av de 77 dagene eksperimentet varte.

Forskerne understreket at beleggsteknologien er i stand til å kaste forskjellige typer snø og is, og sa at den også kan brukes på bygningsintegrert solcellepanel.“Materialkostnadene forventes å være ganske lave,” Tuteja fortalte pv magazine.“Jeg vil anslå dem til å være mindre enn $1 per kvadratmeter.”

Den nye teknikken er foreslått i artikkelen Facilitating Large-Scale Snow Shedding from In-Field Solar Arrays using Icephobic Surfaces with Low-Interfacial Toughness, publisert i Advanced Materials Technologies. Forskningsgruppen består av forskere fra University of Michigan, University of Alaska og US Department of Energy's Sandia National Laboratories.