LONDON, Ontario– Forskere ved Western University i Canada har med suksess demonstrert at et skum-floating photovoltaic (FPV)-system utstyrt med en luft{1}}boble kan fungere effektivt gjennom iskalde kanadiske vintre, og holde isen i sjakk med minimalt energiforbruk.
Det eksperimentelle systemet, som opererte på en 1475 m² kunstig dam i London, Ontario, fra august 2024 til juni 2025, gir det første empiriske beviset på at skum-basert FPV kan fungere pålitelig i isete klima. Det representerer et teknologisk gjennombrudd som kan låse opp flytende solenergi-distribusjon i kalde-regioner over hele verden.
"Vi fant bemerkelsesverdige forskjeller mellom målte modultemperaturer og standard PV-temperaturmodeller om vinteren, og fremhever den unike termiske dynamikken til flate, skum-støttede FPV-systemer," sa Joshua M. Pearce, tilsvarende forfatter av studien og direktør for Westerns forskningsgruppe Free Appropriate Sustainability Technology (FAST).
For å løse problemet med isdannelse som historisk sett har begrenset utplasseringen av kulde-klima-FPV, utviklet og validerte teamet en overførbar is-smeltemodell ved hjelp av et luft-boblesystem.
"Vi utviklet og validerte en overførbar is-smeltemodell ved hjelp av et luft-boblesystem, og opprettholder isfrie forhold med ubetydelig energiforbruk," sa Pearce til magasinet pv.
Det utplasserte luftboblesystemet holdt is-fritt vann gjennom hele vintersesongen, og forbrukte mellom 0,02 % (1,9 kWh) og 14,5 % (893 kWh) av systemets totale årlige energiutbytte.
7 kW-systemet besto av 40 semi-fleksible monokrystallinske PV-moduler organisert i fire uavhengige arrays på 1,75 kW hver. I motsetning til konvensjonelle flytende solsystemer som er avhengige av plastpontonger, var Western University-modulene direkte bundet til polyetylenskumplater, slik at de kunne flyte omtrent 1 cm over vannoverflaten.
Gjennom en regresjonsmodell som analyserte målte driftsdata, bestemte forskerteamet at det skum-støttede FPV-systemet genererte 7,7 MWh per år-som representerer opptil 2,7 % mer årlig energi enn andre PV-modeller.
"Vi fant en ganske fin energiutbyttefordel også," sa Pearce. "Skum-basert FPV genererte mer energi årlig sammenlignet med andre PV-modeller, og understreker viktigheten av nøyaktig temperaturmodellering for kalde-klimasystemer."
I tillegg til energiproduksjon, demonstrerte FPV-arrayen betydelig vannsparingspotensial. Systemets fordampningsreduksjon skaleres lineært med overflatedekning, og nådde en maksimal vannbesparelse på 927 kubikkmeter per år hvis 50 % av dammens overflate er dekket.
"Studien viste også FPV-basert fordampningsreduksjon for vannsparing. Men det beste av alt er at den skum-baserte FPV var økonomisk mens den løste problemet med FPV i kaldt klima," la Pearce til.
Fra et økonomisk perspektiv oppnådde det skum-baserte FPV-systemet en positiv netto nåverdi på omtrent 57 000 kanadiske dollar under et scenario med høy elektrisitetspris ($0,55 CAD per kWh) for bruk utenfor-nettet, noe som ga en rabattert tilbakebetalingstid på 4,2 år.
Disse resultatene fastslår flytende solenergi med skum-støtte som ikke bare en levedyktig teknologi for operasjoner i kaldt-klima, men også en økonomisk attraktiv investering.
Forskningen ble ledet av Koami Soulemane Hayibo, en PhD-kandidat ved Westerns avdeling for elektro- og datateknikk, under veiledning av professor Pearce, hvis FAST-forskningsgruppe spesialiserer seg på solcelleteknologi, åpen maskinvare og bærekraftige energisystemer.
Systemet ble videre koblet sammen med et 10 kWh litiumjernfosfatbatterilagringssystem og en anionbyttermembran (AEM) elektrolysator som primær belastning, noe som demonstrerer potensialet for skum-basert FPV til å strekke seg utover elektrisitetsproduksjon til fornybar hydrogenproduksjon.
Pearce understreket at studiens funn er vidt anvendbare utover det spesifikke eksperimentelle oppsettet.
"For å jobbe i Canada utviklet og validerte vi en overførbar is-smeltemodell ved hjelp av et luft-boblesystem," sa han. Den nye metodiske tilnærmingen muliggjør FPV-operasjoner av alle slag i kaldt klima der isdannelse har historisk sett begrenset utplasseringen.
Forskningen gir et solid grunnlag for fremtidige studier i større skalaer og på tvers av ulike vannforekomster, og posisjonerer flytende solenergi som en kritisk teknologi for bærekraftig energiutvidelse i både varme og kalde områder over hele verden.
