Podczas typowej pracy panele słoneczne się nagrzewają, na ich powierzchni osiada pył, z czasem dochodzą do nich zanieczyszczenia organiczne, a w chłodniejszym klimacie również śnieg. Właśnie dlatego walka o wyższą produkcję “prądu ze słońca” coraz częściej nie sprowadza się już do samego ulepszania ogniw, ale do utrzymywania ich w możliwie dobrych warunkach pracy. W tym kontekście pływająca fotowoltaika wygląda coraz ciekawiej, bo przeniesienie paneli na zbiorniki wodne daje kilka korzyści naraz, ale typowe zalety Niemcom nie wystarczyły.
Niemcy sprawdzili, czy da się pójść o krok dalej z pływającą fotowoltaiką
Montując panele słoneczne na zbiornikach wodnych chodzi nie tylko o oszczędność gruntu, ale też o naturalnie niższą temperaturę pracy modułów, ograniczenie parowania wody i potencjalnie wyższy uzysk niż w klasycznych instalacjach lądowych. Przekłada się to nie tylko na wyższą produkcję energii, ale też mniejsze parowanie i poprawę jakości wody. Nowsze opracowania naukowe regularnie pokazują, że przewaga wydajnościowa tego typu paneli może sięgać kilku, a czasem nawet kilkunastu procent względem rozwiązań naziemnych, co jest zależne od lokalizacji i konstrukcji.
Czytaj też: Brzmi jak pomyłka, ale działa. Naukowcy wykorzystali drewno do czegoś niezwykłego
Niemiecki zespół postanowił jednak sprawdzić, czy sam efekt chłodzenia wynikający z obecności wody pod panelami to jeszcze nie koniec możliwości. Badacze opracowali dynamiczny model chłodzenia natryskowego dla pływających instalacji fotowoltaicznych i zweryfikowali go na rzeczywistej elektrowni o mocy około 750 kW w Weeze, czyli w północno-zachodnich Niemczech. Nie jest to więc wizja z laboratorium odciętego od rzeczywistości, ale próba sprawdzenia, jak taki system zachowuje się w praktyce.
Symulacje dla czterech różnych klimatów pokazały, że chłodzenie natryskowe może obniżać temperaturę modułów szczytowo nawet o 42 procent, a zysk energetyczny sięgał maksymalnie 3,8 procent. Co ważne, badacze uwzględnili również energię pobieraną przez pompę, więc nie chodzi o czysto teoretyczny wzrost sprawności modułu, ale o bilans netto całego układu. W najłagodniejszym scenariuszu efekt był skromniejszy i wyniósł 1,9 procent, co od razu pokazuje rzecz najważniejszą: to nie jest rozwiązanie uniwersalne, które wszędzie działa równie dobrze.
Woda chłodzi, czyści i pomaga, ale rachunek wcale nie znika
Sama konstrukcja systemu nie brzmi przesadnie skomplikowanie. W badanej instalacji badacze wykorzystali zanurzeniową pompę o mocy 2,2 kW, zraszacz pracujący przy ciśnieniu 2,3 bara, zasięgu strumienia 23 metra i przepływie 10,4 m3/h. Cała idea polega na tym, że po przekroczeniu ustalonego progu temperatury układ uruchamia natrysk, a model liczy jednocześnie usuwanie ciepła, wpływ na sprawność elektryczną i koszt energetyczny pracy pompy. Dodatkowy atut jest oczywisty: skoro woda i tak trafia na powierzchnię modułu, to może jednocześnie spłukiwać kurz i inne osady, a w pewnych warunkach pomagać także przy śniegu.
Czytaj też: Chemicy zamknęli błyskawicę w reaktorze. Tak powstało paliwo z gazu ziemnego
Kończy się tu jednak prosty zachwyt, bo tego typu rozwiązanie ma sens tylko wtedy, gdy dodatkowy uzysk jest wyższy niż koszt zakupu, serwisowania i zasilania całego układu. W materiale opisującym badanie pada poziom kosztów przekraczający 200000 euro (około 846,6 tys. zł) na 1 MW takiej infrastruktury. Przy dużych projektach to wciąż może mieć ekonomiczny sens, ale przy mniejszych systemach przestaje wyglądać jak oczywisty kierunek. Zwłaszcza że do tego dochodzi jeszcze pytanie o trwałość i skutki uboczne. Autorzy badania sami zapowiadają dalsze testy pod kątem wpływu na ekosystem jeziora i parowanie, co jest ważne, bo każda dodatkowa warstwa automatyki w instalacji zwiększa złożoność całego systemu. Tam, gdzie klasyczna fotowoltaika wygrywa prostotą, tu pojawiają się pompy, sterowanie, dysze, potencjalne awarie i pełnoprawny harmonogram utrzymania ruchu.
Czytaj też: Samochód pokonał dach z fotowoltaiką. Wyjaśniam unikalny sposób działania Aptery
To zresztą nie jest jedyny kierunek, w którym dziś idzie fotowoltaika. Obok pływających instalacji i zraszania wraca temat hydrożelowych powłok chłodzących, które mają ograniczać przegrzewanie i gorące punkty bez przebudowy całej instalacji. Osobnym nurtem są też obserwacje tego, jak większe farmy fotowoltaiczne wpływają na lokalny mikroklimat, wilgotność gleby i roślinność pod panelami. Jednoznacznie pokazuje to, że walka o wyższą produkcję energii coraz częściej odbywa się nie tylko na poziomie samych ogniw, ale całego otoczenia, w jakim pracują moduły. Badanie z Niemiec pokazuje z kolei, że cała fotowoltaika nie zawsze potrzebuje rewolucji materiałowej, żeby produkować więcej energii. Czasem wystarczy lepiej zarządzać tym, co dziś najbardziej ją ogranicza, czyli temperaturą i zabrudzeniami.
Źródła: Open Knowledge Repository, pv magazine International
