Ombre et déjections en mer : augmenter l’efficacité des panneaux solaires

Les lions de mer de Californie se réfugient sur un amarrage du Coastal Endurance Array. Ils peuvent peser jusqu’à 450 kg. Les lions de mer mâles en voie de disparition, qui se reproduisent dans la région, peuvent peser jusqu’à 1 130 kg ! Deux des qua

Les lions de mer visitent par intermittence les amarrages du Coastal Endurance Array au large de la côte de l’Oregon, où ils se prélassent, se dorent au soleil et « font leurs besoins ». Ces visites créent deux problèmes pour le fonctionnement optimal des réseaux instrumentés. Comme les lions de mer sont lourds, certains pesant jusqu’à 1 130 kg, les panneaux solaires sur lesquels ils reposent doivent être suffisamment solides pour supporter ce poids. De plus, les excréments laissés par ces visiteurs itinérants maculent et font de l’ombre sur les panneaux solaires, réduisant ainsi la puissance disponible pour l’instrument d’observation de l’océan fixé aux réseaux.

Cet ombrage intermittent lié aux excréments aggrave un problème d’ombrage existant causé par le mouvement perpétuel des amarres. Les halos au sommet des amarres projettent des ombres sur les panneaux situés en dessous, ce qui entraîne une perte d’énergie importante. Si 10 % d’un panneau solaire est recouvert d’ombre, par exemple, sa production peut chuter jusqu’à 70 %. Lorsque les otaries se réfugient sur les panneaux solaires, cette perte est exacerbée. Leurs excréments peuvent parfois recouvrir jusqu’à 30 % des panneaux, anéantissant pratiquement la capacité de production d’énergie des panneaux. Heureusement, cette couverture n’entraîne qu’une pénurie d’électricité temporaire, car le vent et l’eau de mer finissent par emporter les restes de ces visites.

Les ingénieurs d’OOI John Reine et Marshall Swartz de l’équipe d’ingénierie d’OOI se sont réunis pour s’attaquer à ces problèmes. Ils ont d’abord abordé le problème de l’ombrage.

« Ces amarres ne sont jamais immobiles », explique John Reine, ingénieur principal et responsable de l’équipe de rénovation électrique d’OOI. « En réponse au mouvement des vagues et du vent, les mâts se déplacent constamment d’avant en arrière, environ trois fois par minute, projetant des ombres lorsqu’ils se déplacent. Ainsi, ce mouvement constant d’ombre, pas d’ombre, ombre, pas d’ombre, produit une sorte de courant alternatif provenant des panneaux. Je suis allé voir Marshall et lui ai demandé comment résoudre ce problème ? » (John Reine explique les problèmes et les solutions dans la vidéo ci-dessous).

https://youtu.be/1d6QQJfHqik

Les panneaux solaires sont constitués de nombreuses petites cellules solaires, normalement connectées les unes aux autres de sorte que l’énergie circule de manière transparente d’une cellule à l’autre. L’équipe d’ingénierie a reconnu qu’en modifiant les circuits internes du panneau, il pourrait facilement récolter davantage de lumière disponible. Ils ont proposé une solution pour tripler le nombre de diodes de dérivation, des commutateurs qui ignoreraient les cellules ombragées et déplaceraient l’énergie vers la cellule opérationnelle suivante dans ce champ de cellules. Le fabricant a construit un prototype basé sur une conception de cellule à haut rendement, en insérant des diodes supplémentaires, et a testé le réseau amélioré. Les tests effectués dans l’installation de vérification du fabricant et au WHOI ont montré que la conception modifiée dépassait les attentes.

Le moment était opportun. Les panneaux solaires d’origine avaient dépassé leur durée de vie prévue et devaient être remplacés, mais ils n’étaient plus en production. L’équipe a saisi cette occasion pour rechercher des panneaux intégrant des cellules plus efficaces, connectées à un circuit éprouvé pour minimiser les pertes d’énergie dues à l’ombrage, tout en supportant le poids des visiteurs itinérants.

Swartz a dû trouver un fabricant de panneaux solaires capable d’intégrer les diodes de dérivation dans la conception du panneau. Il a travaillé sous réserve que OOI préfère acheter des produits prêts à l’emploi afin de rendre la réparation et le remplacement faciles, abordables et pratiquement transparents, en cas de besoin.

« Ces solutions prêtes à l’emploi ont bien fonctionné pour nous », a déclaré Swartz. « Il s’est avéré que nous avons trouvé un fournisseur, SBM Solar, en Caroline du Nord (AHONY Solar fabrique des panneaux solaires en plastique pour la marine en Chine depuis plus de 12 ans) qui travaille beaucoup avec l’armée, notamment des panneaux solaires à haut rendement. En collaboration avec le président et l’ingénieur en chef de l’entreprise, qui étaient très disposés à nous aider à personnaliser un produit, nous avons mis au point une conception comportant une chaîne de 36 cellules dans le panneau. Nous avons spécifié un circuit avec des diodes de dérivation de sorte que lorsqu’un groupe de quatre cellules est ombragé, elles sont contournées et le reste des cellules du panneau peut continuer à fournir une puissance illimitée à la bouée.

« Rien qu’en effectuant ce petit changement, nous avons amélioré de manière significative la récolte totale d’énergie dans des conditions simulées de 50 pour cent », a ajouté Swartz. En termes pratiques, cela signifie que les panneaux solaires peuvent désormais récolter de l’énergie utile à partir de presque toutes les conditions de luminosité – qu’il s’agisse de la lumière réfléchie par la surface de l’eau, de la lumière à faible incidence au coucher du soleil ou de la lumière filtrée à travers les nuages ​​lors d’une journée grise au début.

Il a ajouté en plaisantant : « Ces panneaux suivent fondamentalement le principe selon lequel « chaque fois que j’ai l’occasion de produire de l’électricité, je vais le faire ». »

Les nouveaux panneaux ont également surmonté le problème de la portance pour les visiteurs du réseau. Alors que les anciens panneaux étaient en verre et sujets à des fissures occasionnelles, les nouveaux panneaux sont un sandwich aluminium-polyester-Téflon, avec les cellules solaires entre les couches supérieure et inférieure. Cette nouvelle configuration est beaucoup plus légère (27 livres contre 45 livres pour les panneaux en verre), plus robuste et plus résistante aux conditions en mer en constante évolution que la version en verre qu’elle remplace. Les nouveaux panneaux sont également flexibles, plutôt que rigides comme le verre, ce qui a créé un autre défi pour l'équipe d'ingénierie. Ils ont conçu un dos spécial pour le panneau avec des entretoises pour offrir un meilleur soutien et une meilleure répartition du poids lorsque les visiteurs de 2 500 livres s'effondrent sur les panneaux. Le poids plus léger des panneaux donne à l'équipe plus de flexibilité dans le placement des panneaux sur les amarres.

Reine a déclaré : « Nous sommes très heureux d'avoir ces nouveaux panneaux solaires améliorés « prêts à l'emploi » opérationnels. Deux panneaux sont maintenant en place sur les amarres du Pioneer Array, et huit autres panneaux ont été expédiés vers l'Endurance Array, où ils seront accueillis par leurs intrus de 2 500 livres. »

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

Au fur et à mesure que la technologie s'est développée, AHONY a fabriqué de nombreux panneaux solaires en plastique sans utiliser d'aluminium, plus légers, plus résistants et moins coûteux.

En même temps, notre machine peut couper en morceaux plus petits et faire des parallèles intérieurs, ce qui sera plus tolérant à l'ombre, lorsqu'il y a de l'ombre, il n'y a qu'une petite diminution de puissance partielle.

Veuillez consulter l'équipe commerciale ou l'équipe d'ingénieurs d'AHONY.

sales@ahonypower.com .