Ombra e cacca in mare: aumentare l'efficienza dei pannelli solari

I leoni marini della California si rifugiano in un ormeggio del Coastal Endurance Array. Possono pesare fino a 1.000 libbre. I leoni marini maschi a rischio di estinzione, che si riproducono nella zona, possono pesare fino a 2.500 libbre! Si possono

I leoni marini visitano a intermittenza gli ormeggi del Coastal Endurance Array al largo della costa dell'Oregon, dove si rilassano, si crogiolano al sole e "fanno i loro bisogni". Queste visite creano due problemi per il funzionamento ottimale degli array strumentati. Poiché i leoni marini sono pesanti, alcuni pesano fino a 2.500 libbre, i pannelli solari su cui poggiano devono essere abbastanza resistenti da sopportare questo peso. Inoltre, gli escrementi lasciati da questi visitatori itineranti sporcano e ombreggiano i pannelli solari, riducendo l'energia disponibile per lo strumento di osservazione dell'oceano collegato agli array. Questa ombreggiatura intermittente correlata agli escrementi aggrava un problema di ombreggiatura esistente causato dal movimento perpetuo degli ormeggi. Gli aloni in cima agli ormeggi proiettano ombre sui pannelli sottostanti, con conseguente significativa perdita di potenza. Se il dieci percento di un pannello solare è coperto dall'ombra, ad esempio, la sua produzione può scendere fino al 70 percento. Quando i leoni marini si rifugiano sui pannelli solari, questa perdita viene esacerbata. I loro escrementi, a volte, possono coprire fino al 30 percento dei pannelli, praticamente eliminando la capacità di generazione di energia dei pannelli. Fortunatamente, questa copertura provoca solo una temporanea carenza di energia poiché il vento e l'acqua di mare alla fine lavano via i resti di queste visite.

Gli ingegneri OOI John Reine e Marshall Swartz del team di ingegneria OOI hanno messo insieme le loro teste per affrontare questi problemi. Hanno affrontato per prima cosa il problema dell'ombreggiatura.

"Questi ormeggi non sono mai fermi", ha spiegato John Reine, ingegnere senior e responsabile del team di ristrutturazione elettrica OOI. "In risposta al movimento delle onde e del vento, gli alberi vanno sempre avanti e indietro, circa tre volte al minuto, proiettando ombre mentre si muovono. Quindi questo movimento costante di ombra, niente ombra, ombra, niente ombra, produce una sorta di corrente alternata dai pannelli. Sono andato da Marshall e ho chiesto come possiamo risolvere questo problema?" (John Reine spiega i problemi e le soluzioni nel video qui sotto).

https://youtu.be/1d6QQJfHqik

I pannelli solari sono costituiti da tante piccole celle solari, normalmente collegate tra loro in modo che l'energia fluisca senza soluzione di continuità da una cella all'altra. Il team di ingegneri ha riconosciuto che modificando il circuito interno del pannello, si potrebbe facilmente raccogliere più luce disponibile. Hanno proposto una soluzione per triplicare il numero di diodi di bypass, interruttori che ignorerebbero le celle ombreggiate e sposterebbero l'energia alla successiva cella operativa in questo campo di celle. Il produttore ha costruito un prototipo basato su un design di celle ad alta efficienza, inserendo diodi aggiuntivi e testando la matrice aggiornata. I test presso la struttura di verifica del produttore e presso il WHOI hanno dimostrato che il design modificato ha superato le aspettative. Il tempismo è stato opportuno. I pannelli solari originali avevano superato la durata di vita prevista e dovevano essere sostituiti, ma non erano più in produzione. Il team ha colto l'occasione per cercare pannelli che incorporassero celle più efficienti, cablate in un circuito che ha dimostrato di ridurre al minimo le perdite di energia per ombreggiamento, sopportando anche il peso dei visitatori itineranti.

Il compito di Swartz è stato trovare un produttore di pannelli solari in grado di incorporare i diodi di bypass nel design del pannello. Ha lavorato a condizione che OOI preferisca acquistare prodotti già pronti in modo da rendere la riparazione e la sostituzione facili, convenienti e praticamente senza soluzione di continuità, quando necessario. "Tali soluzioni già pronte hanno funzionato bene per noi", ha affermato Swartz. "Come si è scoperto, abbiamo trovato un fornitore, SBM Solar, nella Carolina del Nord (AHONY Solar produce pannelli solari in plastica per la marina in Cina da oltre 12 anni) che lavora molto con l'esercito, compresi pannelli solari ad alta efficienza. Lavorando con il presidente e l'ingegnere capo dell'azienda, che erano molto disponibili ad aiutarci a personalizzare un prodotto, abbiamo elaborato un design con una serie di 36 celle nel pannello. Abbiamo specificato circuiti con diodi di bypass in modo che quando un gruppo di quattro celle viene ombreggiato, vengono bypassate e il resto delle celle nel pannello può continuare a fornire energia illimitata alla boa. "Solo apportando questa piccola modifica, abbiamo migliorato significativamente la raccolta di energia totale in condizioni simulate del 50 percento", ha aggiunto Swartz. Ciò significa in termini pratici che i pannelli solari possono ora raccogliere energia utile da quasi tutte le condizioni di luce, che si tratti della luce riflessa dalla superficie dell'acqua, della luce a bassa incidenza al tramonto e della luce filtrata attraverso le nuvole durante una giornata grigia mattutina.

Scherzando, ha aggiunto: "Questi pannelli seguono fondamentalmente il principio di 'ogni volta che ho l'opportunità di produrre elettricità, lo farò'".

I nuovi pannelli hanno anche superato il problema del peso per i visitatori dell'array. Mentre i vecchi pannelli erano di vetro e soggetti a crepe occasionali, i nuovi pannelli sono un sandwich di poliestere e alluminio-teflon, con le celle solari tra gli strati superiore e inferiore. Questa nuova configurazione è molto più leggera (27 libbre contro 45 libbre per i pannelli di vetro), più robusta e più resiliente alle mutevoli condizioni in mare rispetto alla versione in vetro che sta sostituendo. I nuovi pannelli sono anche flessibili, anziché rigidi come il vetro, il che ha creato un'altra sfida per il team di ingegneri. Hanno progettato una parte posteriore speciale per il pannello con montanti per fornire un supporto maggiore e una migliore distribuzione del peso quando i visitatori da 2.500 libbre si lasciano cadere sui pannelli. Il peso più leggero dei pannelli offre al team una maggiore flessibilità nel posizionamento dei pannelli sugli ormeggi.

Reine ha affermato: "Siamo così lieti di avere operativi questi nuovi e migliorati pannelli solari "standard". Due pannelli sono ora in posizione sugli ormeggi del Pioneer Array e altri otto pannelli sono stati spediti all'Endurance Array, dove saranno accolti dai loro intrusi da 2.500 libbre".

http://https://youtu.be/1d6QQJfHqik

Con lo sviluppo della tecnologia, AHONY ha realizzato molti pannelli solari in plastica senza utilizzare alluminio, più leggeri, più resistenti e meno costosi. Allo stesso tempo, la nostra macchina può tagliare in pezzi più piccoli e creare parallelismi interni, questo sarà più tollerante all'ombra, quando c'è ombra, c'è solo una piccola parte di diminuzione di potenza.

Si prega di consultare il team di vendita o di ingegneri AHONY.

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