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Apr 06, 2024

Spargimento della neve e accensione: i ricercatori studiano i modi per potenziare l'energia solare nei climi nevosi

La vita sulla penisola di Keweenaw offre una finestra meteorologica breve per le attività estive ma opzioni per l'energia solare tutto l'anno, scrive la ricercatrice Ana Dyreson, assistente professore di ingegneria meccanica.

La vita sulla penisola di Keweenaw offre una finestra meteorologica breve per le attività estive ma opzioni per l'energia solare tutto l'anno, scrive la ricercatrice Ana Dyreson, assistente professore di ingegneria meccanica. In questo blog degli ospiti, evidenzia gli sforzi in atto presso il centro di test regionale più settentrionale della nazione per migliorare le prestazioni del fotovoltaico nei climi freddi.

Chiunque abbia trascorso un inverno alla Michigan Tech può identificarsi con le osservazioni del dottor Isaacs. Solo coloro che riescono ad affrontare una stagione nevosa che dura da ottobre a maggio possono prosperare qui, con gli sci, le racchette da neve, le motoslitte o le proprie intrepide capacità di guida. Per ogni sfida, chi è abbastanza coraggioso e intraprendente da provarci può trovare una soluzione.

Lo stesso vale per la creazione di sistemi di energia elettrica resilienti e adattivi nei climi freddi. Tecnologie come i pannelli solari fotovoltaici, che inizialmente proliferavano nei climi soleggiati, stanno diventando più comuni nei climi nevosi. Se gli ingegneri riuscissero ad adattare la progettazione dei sistemi, l’energia solare potrebbe essere ottimizzata per il nostro clima. Le lezioni che impariamo qui con le nevicate estreme sono utili per altre località che ricevono neve regolarmente.

Mentre alcuni tendono a pensare all’energia solare su scala più piccola – per case o entità individuali – circa il 65% della capacità solare negli Stati Uniti è su scala industriale. Il solare fotovoltaico (PV) costituisce la più grande categoria tecnologica nelle nuove installazioni su scala industriale negli Stati Uniti e si prevede che la crescita di questo settore accelererà solo nei prossimi decenni.

Le installazioni fotovoltaiche su larga scala e altre macrotendenze come la decarbonizzazione e l’elettrificazione sono tendenze globali. Tuttavia, credo che il loro successo dipenda dal fatto che i progettisti considerino le caratteristiche specifiche dei climi regionali e le barriere sociali su scala comunitaria.

Progettare sistemi fotovoltaici per climi freddi, ad alte latitudini e nevosi, in particolare per ridurre il tempo in cui i sistemi fotovoltaici sono coperti di neve, è un’importante sfida regionale. La mia ricerca si concentra su come migliorare le prestazioni in inverno e comprendere l'impatto delle elevate penetrazioni del solare fotovoltaico sul sistema energetico.

In qualità di assistente professore di ingegneria meccanica presso la Michigan Tech, dirigo il Great Lakes Energy Group. Il lavoro del membro del gruppo Ayush Chutani, un Ph.D. studente, è illustrativo della nostra missione. La ricerca di Chutani si concentra sull'ombreggiatura della neve, che descrive la condizione che si verifica quando la neve sui pannelli è abbastanza profonda da impedire al solare fotovoltaico di generare elettricità. Cerca di ottimizzare la progettazione di sistemi solari fotovoltaici a inseguimento monoassiale per ridurre al minimo l'ombreggiamento dovuto alla neve, aumentando la quantità di energia che un sistema fotovoltaico può produrre nel corso di un inverno.

Nei grandi impianti solari, i pannelli solari sono ad inclinazione fissa, il che significa che non si muovono affatto, con inseguimento ad asse singolo o con inseguimento a doppio asse. I sistemi di inseguimento ad asse singolo, attualmente l'opzione più comune per le nuove strutture, ruotano automaticamente durante il giorno da est a ovest, seguendo il sole. I sistemi di tracciamento a doppio asse possono spostarsi sull’asse nord-sud così come su quello est-ovest, offrendo una maggiore produzione di energia a un costo maggiore.

Non importa il tipo di tracciamento, quando la neve copre un grande impianto solare non è pratico o facile rimuoverla come può esserlo per un piccolo impianto residenziale. Il nostro gruppo di ricerca vede un’opportunità per ridurre l’ombreggiamento della neve sui sistemi di tracciamento ad asse singolo modificando la posizione dei pannelli, ottimizzando il tracciamento per eliminare l’accumulo di neve. Osserviamo il manto nevoso e le condizioni ambientali in tempo reale mentre i pannelli si muovono. In che modo il posizionamento favorisce la caduta della neve sciolta dai pannelli? Come possiamo ottimizzare la posizione del deposito di neve tenendo conto della velocità del vento, dell'irraggiamento e della temperatura?