In un progresso che potrebbe migliorare drasticamente la produttività dei pannelli solari nei climi freddi, un team guidato dall'Università del Michigan ha dimostrato un rivestimento economico e chiaro che ha ridotto l'accumulo di neve e ghiaccio sui pannelli solari, consentendo loro di generare fino all'85% più energia nei primi test.
Il rivestimento è fatto principalmente di plastica PVC o PDMS e silicio o oli a base vegetale. Può essere spruzzato o spazzolato quando fa freddo e, nella sua iterazione attuale, può continuare a eliminare la neve e il ghiaccio fino a un anno.
"L'energia rinnovabile sta davvero decollando in questo momento, ma la neve è un problema enorme nei climi nordici", ha detto Anish Tuteja, professore U-M di scienza dei materiali e ingegneria, che ha condotto lo studio in collaborazione con Sandia National Laboratories e l'Università dell'Alaska.
"I pannelli solari potrebbero perdere l'80 o il 90% della loro capacità di generazione in inverno. Quindi, capire un modo per loro di continuare a generare energia durante tutto l'anno è stata una sfida eccitante", ha detto.
Mentre il laboratorio di Tuteja ha sviluppato un certo numero di rivestimenti efficaci per eliminare il ghiaccio in passato, spiega che la progettazione di un rivestimento che può passivamente eliminare sia la neve che il ghiaccio rappresenta una sfida speciale.
"Il ghiaccio è relativamente denso e pesante, e i nostri rivestimenti precedenti hanno usato il suo stesso peso contro di esso", ha detto Tuteja. "Ma la neve può essere 10 volte meno densa del ghiaccio, quindi non eravamo affatto sicuri che i trucchi che usiamo sul ghiaccio si sarebbero tradotti sulla neve".
Per trovare il rivestimento giusto, Tuteja e il suo team si sono rivolti a due proprietà chiave che hanno alimentato i rivestimenti che eliminano il ghiaccio in passato: bassa tenacità interfacciale e bassa forza di adesione. La bassa adesione superficiale è fondamentalmente la scivolosità. La scivolosità da sola funziona bene su piccole aree, ma più grande è la superficie, più forza è necessaria per far scivolare via la neve e il ghiaccio. Per aree più grandi, è necessario un modo per rompere completamente l'adesione. Questo è ciò che fa una bassa tenacità interfacciale: crea crepe tra il ghiaccio e il pannello. Queste si propagano lungo il pannello, indipendentemente dalle sue dimensioni, liberando il ghiaccio e la neve.
Il team ha lavorato per trovare precisamente il giusto equilibrio tra bassa adesione superficiale e bassa tenacità interfacciale che avrebbe respinto sia il ghiaccio che la neve da superfici piccole e grandi. Hanno iniziato con una plastica in PVC molto rigida, per una bassa tenacità interfacciale, e hanno mescolato una piccola quantità di olio vegetale che ha dato al PVC un'adesione superficiale abbastanza bassa da fornire il meglio dei due mondi. Hanno anche ideato un secondo materiale che funziona altrettanto bene usando plastica PDMS e olio a base di silicio.
I ricercatori della U-M hanno collaborato con l'Università dell'Alaska per testare il materiale su un campo solare a Fairbanks, Alaska, applicando i rivestimenti a un sottoinsieme di pannelli che sono stati monitorati da telecamere automatizzate per un periodo di circa due settimane. I test hanno mostrato che i pannelli rivestiti avevano una copertura media di neve e ghiaccio di circa il 28% per un'intera stagione invernale, in confronto a circa il 59% dei pannelli non rivestiti.
Il rivestimento è stato sviluppato come componente di un progetto condotto da Sandia National Laboratories, un laboratorio di ricerca e sviluppo del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, con il finanziamento fornito dall'ufficio delle tecnologie dell'energia solare del DOE.
"Mentre il costo dell'energia solare è sceso e la redditività è salita, gran parte della crescita dell'energia solare negli ultimi anni è stata negli stati del nord, dove la neve è comune", ha detto Laurie Burnham, il ricercatore principale del progetto.
"I rivestimenti snow-phobic, se possiamo dimostrare la loro efficacia a lungo termine, renderanno l'energia solare più affidabile e più conveniente nelle regioni innevate, contribuendo ad accelerare la transizione della nostra nazione verso un'economia energetica più dominata dal solare".
Tuteja dice che, mentre l'attuale iterazione del rivestimento potrebbe essere utilizzata immediatamente, il team prevede di modificarla ulteriormente con l'obiettivo di sviluppare un rivestimento che può durare almeno cinque anni.
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