Isfobiska ytor för is, snöfällning i nyttoskala solenergi

Amerikanska forskare har utvecklat ett beläggningssystem som påstås effektivt möjliggöra upprepad, passiv utgjutning av snö och is i solenergianläggningar i nyttoskala över ett brett spektrum av minusgrader ner till -35 grader Celsius.

“Med ytterligare tester skulle vår teknik omedelbart kunna tillämpas på riktiga solcellsinstallationer,” Den motsvarande författaren för forskning, Anish Tuteja, berättade för tidningen pv.“Vi planerar att göra fler utökade experiment inom kort, där beläggningen kommer att testas under ett par år på utomhussolpaneler.”

De 50μm beläggning består av en optiskt transparent yta som uppvisar både extremt låg isgränsyta vidhäftning och seghet. Den tillverkades genom att använda en lösning av medelkedjig triglyceridolja (MCT) med en vikthalt av 60 viktprocent för att mjukgöra två vanliga industriella polymerpolyvinylklorider kända som MC2 respektive MC6.

De två lösningarna testades i en delmängd av 72-cellspaneler som mäter 2x1m på ett nätbundet PV-system som drivs av ett Alaskan-verk i Fairbanks under vintrarna 2019 och 2020. Installationens lutningsvinkel var inställd på 45 grader för att underlätta snöfall, och alla 16 moduler som användes för experimentet var utrustade med mikroväxelriktare. Både MC2- och MC6-lösningarna applicerades på modulens ytglas och strukturram.

Panelerna installerades fyra upp i liggande orientering och varje kolumn inklusive belagda paneler separerades av en kolumn som var värd för obelagda paneler.“Data om snöfall samlades in av en kamera av forskningskvalitet placerad normalt [ly] till varje array och med ett synfält som är tillräckligt för att fånga hela arrayen av experimentpaneler,” förklarade forskarna.“På några minuter visade både MC2- och MC6-kolonnerna ett accelererat snöfall, i förhållande till den obelagda kontrollpelaren, med snötäckning minskad med cirka 61 % och cirka 32 % på MC2 respektive MC6 [belagda paneler].”

De obelagda panelerna däremot förblev helt täckta av snö och is under testperioden och kunde producera nästan noll elektricitet. Snöröjningen orsakad av vind var minimal under provningen, då vindar med mycket begränsad hastighet registrerades.

Forskarna fann att MC2-lösningen uppnår den bästa prestandan, vilket resulterar i en genomsnittlig snötäckning på endast 27,7 %, medan MC6-lösningen kunde uppnå ett genomsnitt på 45,4 %. Den senare visade sig ha lägre mekanisk hållfasthet, vilket också ledde till delaminering av panelerna. Den förra bibehöll sin prestanda och stabilitet under de 77 dagar som experimentet pågick.

Forskarna betonade att beläggningstekniken kan fälla olika typer av snö och is och sa att den även kan tillämpas på byggnadsintegrerade solceller.“Materialkostnaderna förväntas bli ganska låga,” sa Tuteja till tidningen pv.“Jag skulle uppskatta dem till mindre än $1 per kvadratmeter.”

Den nya tekniken föreslås i artikeln Facilitating Large-Scale Snow Shedding from In-Field Solar Arrays using Icephobic Surfaces with Low-Interfacial Toughness, publicerad i Advanced Materials Technologies. Forskargruppen består av forskare från University of Michigan, University of Alaska och US Department of Energy's Sandia National Laboratories.