Покрытие, наносимое распылением, может сделать солнечные панели устойчивыми к снегу

Покрытие изготавливается в основном из пластика ПВХ или ПДМС и силиконовых масел или масел на растительной основе. Его можно распылять или наносить кистью в холодную погоду, а в нынешней версии он может проливать снег и лед до года.

«Возобновляемая энергия сейчас действительно набирает обороты, но снег — огромная проблема в северном климате», — сказал Аниш Тутежа, профессор материаловедения и инженерии UM, который руководил исследованием в сотрудничестве с Sandia National Laboratories и Университетом Аляски.

«Солнечные батареи могут потерять 80 или 90% своей генерирующей мощности зимой. Поэтому найти для них способ продолжать производство энергии в течение года было захватывающей задачей », — сказал он.

В то время как лаборатория Тутеи в прошлом разработала ряд эффективных покрытий для удаления льда, он объясняет, что создание покрытия, которое может пассивно удалять как снег, так и лед, представляет собой особую задачу.

«Лед относительно плотный и тяжелый, и наши предыдущие покрытия использовали против него собственный вес», — сказал Тутея. «Но снег может быть в 10 раз менее плотным, чем лед, поэтому мы совершенно не были уверены, что трюки, которые мы используем на льду, можно будет использовать в виде снега».

Чтобы найти подходящее покрытие, Тутя и его команда обратились к двум ключевым свойствам, которые в прошлом использовались для создания ледоотражающих покрытий: низкая межфазная вязкость и низкая прочность сцепления. Низкая адгезия к поверхности — это в основном скользкость. Сама по себе скользкость хорошо работает на небольших участках, но чем больше поверхность, тем больше силы требуется, чтобы соскользнуть с нее снег и лед. Для больших площадей вам нужен способ полностью разрушить адгезию. Это то, что делает низкая поверхностная вязкость — она ​​создает трещины между льдом и панелью. Они распространяются вдоль панели, независимо от ее размера, освобождая лед и снег.

Команда работала над тем, чтобы добиться точного баланса между низкой адгезией к поверхности и низкой поверхностной прочностью, чтобы отталкивать лед и снег как от малых, так и от больших поверхностей. Они начали с очень жесткого ПВХ-пластика, обеспечивающего низкую поверхностную вязкость, и смешали с небольшим количеством растительного масла, которое дало ПВХ достаточно низкую поверхностную адгезию, чтобы обеспечить лучшее из обоих миров. Они также разработали второй материал, который одинаково хорошо работает с использованием пластика PDMS и масла на основе силикона.

Исследователи UM сотрудничали с Университетом Аляски, чтобы протестировать материал на солнечном поле в Фэрбенксе, Аляска, нанеся покрытия на подмножество панелей, которые контролировались автоматическими камерами в течение примерно двух недель. Испытания показали, что панели с покрытием имели среднее покрытие снегом и льдом примерно 28% в течение всего зимнего сезона по сравнению с примерно 59% для панелей без покрытия.

Покрытие было разработано в рамках проекта, возглавляемого Sandia National Laboratories, лабораторией исследований и разработок Министерства энергетики США, при финансовой поддержке Управления технологий солнечной энергии Министерства энергетики США.

«Поскольку стоимость солнечной энергии упала, а прибыльность выросла, большая часть роста солнечной энергии в последние годы пришлась на северные штаты, где снег является обычным явлением», — сказала Лори Бернхэм, главный исследователь проекта.

«Снежофобные покрытия, если мы сможем продемонстрировать их долгосрочную эффективность, сделают солнечную энергию более надежной и более доступной в заснеженных регионах, помогая ускорить переход нашей страны к экономике с преобладанием солнечной энергии».

Тутя говорит, что, хотя текущую версию покрытия можно использовать немедленно, команда планирует усовершенствовать его с целью разработки покрытия, которое может прослужить не менее пяти лет.