Pionowy system Helioplant. Skuteczna walka z gromadzeniem się śniegu
W centrum uwagi badaczy znalazł się austriacki patent Helioplant, czyli konstrukcja składająca się z czterech pionowych skrzydeł ułożonych na kształt krzyża. Nieprzypadkowo wybrano ten właśnie system, ponieważ jego design został specjalnie przystosowany do pasywnego przeciwdziałania akumulacji śniegu. Problem z zalegającym śniegiem w rejonach górskich jest poważniejszy, niż mogłoby się wydawać. Badacze wskazują, że zanieczyszczenie powierzchni paneli, w tym przez cząstki śniegu, stanowi drugi najistotniejszy czynnik ograniczający wydajność fotowoltaiki – zaraz po natężeniu promieniowania słonecznego. W obszarach alpejskich straty w produkcji energii podczas zimy mogą dochodzić do całkowitego zatrzymania pracy instalacji.
Czytaj też: Toyota obiecuje akumulatory działające 40 lat. Elektryczna rewolucja ma oblicze stałych elektrolitów
Konstrukcja Helioplant oferuje skuteczne rozwiązanie tego kłopotu. Cztery pionowe skrzydła tworzą naturalną przeszkodę dla śniegu, który zamiast osadzać się na powierzchni paneli, jest zdmuchiwany przez wiatr lub ześlizguje się po nachylonych powierzchniach. Testy potwierdziły, iż taki układ rzeczywiście zmniejsza akumulację białego puchu.
Symulacje komputerowe CFD: drogowskaz dla projektantów
Zespół badawczy wykorzystał narzędzie Snowbedfoam oparte na platformie OpenFOAM, stosujące metody obliczeniowej dynamiki płynów. To pierwsze tak szczegółowe zastosowanie modelu transportu śniegu w kontekście struktur fotowoltaicznych. System imituje, w jaki sposób cząstki śniegu przemieszczają się wokół konstrukcji pod wpływem wiatru. Naukowcy połączyli symulacje komputerowe z obserwacjami terenowymi w tym samym miejscu testowym. Przeanalizowali wpływ różnych parametrów: orientacji względem stron świata, wysokości nad gruntem, odległości między modułami, wielkości grupy oraz wyrównania całej konstrukcji.
Wyniki dostarczyły konkretnych wskazówek projektowych. Prześwit między modułami a ziemią powinien wynosić więcej niż 0,6 metra – przy mniejszych odległościach dochodzi do nadmiernego gromadzenia się śniegu. Konstrukcje warto ustawiać możliwie blisko dominujących kierunków wiatru, idealnie na azymucie 0 stopni. Najlepsze efekty osiąga się w lokalizacjach, gdzie główne kierunki wiatru są prostopadłe lub przeciwstawne. Ustawienie pod kątem 45 stopni okazało się problematyczne, ponieważ w wewnętrznej, zawietrznej części konstrukcji powstaje obszar wolny od erozji, gdzie śnieg ma tendencję do gromadzenia się.
Uniwersalne narzędzie dla przyszłych inwestycji górskich
Najważniejszym osiągnięciem jest uniwersalność opracowanej metodologii. Jak podkreślają naukowcy, zastosowane metody badawcze i symulacyjne można adaptować do różnych systemów montażowych fotowoltaiki. To otwiera możliwość optymalizacji projektów instalacji słonecznych w wymagających warunkach górskich. Wyniki badań ukazały się w czasopiśmie Cold Regions Science and Technology. Zespół planuje kolejne etapy prac. Dokładniej mówiąc, zamierza połączyć modelowanie osadzania śniegu z symulacjami wydajności fotowoltaiki, aby precyzyjniej przewidywać straty energii. Kolejnym celem jest rozszerzenie analiz na bardziej złożony, nierówny teren typowy dla Alp.
Czytaj też: Bateria odporna na ogień i wodę. Meksykańscy naukowcy zaprezentowali niezniszczalny nośnik energii
Dla rozwoju energetyki słonecznej w rejonach górskich te badania mają kluczowe znaczenie. Alpy i podobne pasma górskie dysponują ogromnym potencjałem dla fotowoltaiki – zwłaszcza zimą, gdy niżej położone tereny spowija smog, a wyższe partie gór korzystają z obfitego nasłonecznienia. Dzięki nowym narzędziom projektanci mogą planować instalacje tak, aby maksymalnie wykorzystać ten potencjał, minimalizując jednocześnie ryzyko przerw w pracy spowodowanych przez śnieg.