La acumulación de polvo en los paneles solares es un problema importante. Puede reducir la producción de los paneles fotovoltaicos hasta en un 30 por ciento en solo un mes, por lo que la limpieza regular es esencial para tales instalaciones. Cientificos americanos han desarrollado un sistema de limpieza seca de placas solares.
Actualmente, se estima que la limpieza de los paneles solares utiliza alrededor de 10 mil millones de litros de agua por año. Esta cantidad es suficiente para suministrar agua potable a hasta 2 millones de personas. Los intentos de limpieza sin agua requieren mucha mano de obra y tienden a causar arañazos irreversibles en las superficies. Por lo que no se considera la solución adecuada.
Un equipo de investigadores del MIT ha ideado una forma de limpiar automáticamente los paneles solares. La técnica es aadecuada, también, para los espejos de las plantas termosolares. Afirman que se trata de un sistema sin contacto y sin agua que podría reducir significativamente el problema del polvo.
El nuevo sistema utiliza la repulsión electrostática para hacer que las partículas de polvo se desprendan y salten prácticamente de la superficie del panel, sin necesidad de agua ni cepillos. Para activar el sistema, un simple electrodo pasa justo por encima de la superficie del panel solar, impartiendo una carga eléctrica a las partículas de polvo, que luego son repelidas por una carga aplicada al propio panel. El sistema se puede operar automáticamente usando un motor eléctrico simple y rieles de guía a lo largo del costado del panel. La investigación se describe hoy en la revista Science Advances , en un artículo del estudiante graduado del MIT Sreedath Panat y el profesor de ingeniería mecánica Kripa Varanasi.
El ahorro de la limpieza seca de placas solares
Las pruebas de laboratorio realizadas por Panat y Varanasi demostraron que la caída de la producción de energía de los paneles ocurre abruptamente al comienzo del proceso de acumulación de polvo y puede alcanzar fácilmente una reducción del 30 por ciento después de solo un mes sin limpieza. Calcularon que incluso una reducción del 1 por ciento en la energía, para una instalación solar de 150 megavatios, podría resultar en una pérdida de $ 200,000 en ingresos anuales. Los investigadores dicen que a nivel mundial, una reducción del 3 al 4 por ciento en la producción de energía de las plantas solares equivaldría a una pérdida de entre $ 3,3 mil millones y $ 5,5 mil millones.
Muchas de las instalaciones de energía solar más grandes del mundo, incluidas las de China, India, los Emiratos Árabes Unidos y los EE. UU., se encuentran en regiones desérticas. El agua utilizada para la limpieza de estos paneles solares mediante chorros de agua a presión debe transportarse en camiones a grandes distacias. Además debe ser almacenada para evitar sólidos y minimizar la evapotranspiración, que genera grandes perdidas.
El consumo de agua puede alcanzar el 10% del coste de mantenimiento
A veces se limpian los paneles en seco, pero es menos efectivo y puede causar rasguños permanentes que también reducen la transmisión de luz. La limpieza del agua representa alrededor del 10 por ciento de los costes operativos de las instalaciones solares. El nuevo sistema podría reducir potencialmente estos costos al tiempo que mejora la producción de energía general al permitir limpiezas automatizadas más frecuentes, dicen los investigadores.
La huella hídrica de la industria solar es alucinante, dice Varanasi. Además, aumentará a medida que estas instalaciones continúen expandiéndose en todo el mundo. Por ese motivo, la industria solar debe ser muy cuidadosa sobre cómo actuar para crear una solución sostenible.
Otros grupos han intentado desarrollar soluciones basadas en la electrostática, pero estas se han basado en una capa llamada pantalla electrodinámica, utilizando electrodos interdigitados. Estas pantallas pueden tener defectos que permiten la entrada de humedad y hacen que fallen, dice Varanasi. Si bien podrían ser útiles en un lugar como Marte, dice, donde la humedad no es un problema, incluso en ambientes desérticos en la Tierra esto puede ser un problema grave.
El método de limpieza de placas solares sin agua
El nuevo sistema que desarrollaron solo requiere un electrodo. Puede ser una simple barra de metal que produce un campo eléctrico. Esta genera una carga a las partículas de polvo a medida que avanza. Una carga opuesta aplicada a una capa conductora transparente de solo unos pocos nanómetros de espesor depositada en la cubierta de vidrio del panel solar luego repele las partículas. Al calcular el voltaje correcto para aplicar, los investigadores pudieron encontrar un rango de voltaje suficiente. Este permitia superar la atracción de la gravedad y las fuerzas de adhesión. Así se logra que el polvo se levante.
Usando muestras de polvo de laboratorio especialmente preparadas con una variedad de tamaños de partículas, los experimentos demostraron que el proceso funciona de manera efectiva en una instalación de prueba a escala de laboratorio, dice Panat. Las pruebas mostraron que la humedad en el aire proporcionaba una fina capa de agua sobre las partículas, lo que resultó ser crucial para que el efecto funcionara. “Realizamos experimentos con diferentes humedades del 5 al 95 por ciento”, dice Panat. “Mientras la humedad ambiental sea superior al 30 por ciento, puede eliminar casi todas las partículas de la superficie, pero a medida que la humedad disminuye, se vuelve más difícil”.
Limpiando las placas solares con la humedad ambiente
Cuando llegas al 30 por ciento de humedad, por ejemplo, en la mayoría de los desiertos en las primeras horas de la mañana se produce rocío. La limpieza podría programarse en ese momento. Además, este sistema puede funcionar con una humedad de hasta el 95 por ciento. A escala, cada panel solar podría equiparse con barandas a cada lado con un electrodo que se extienda a lo largo del panel. Un pequeño motor eléctrico, quizás utilizando una pequeña porción de la salida del panel mismo, impulsaría un sistema de correa para mover el electrodo de un extremo del panel al otro. De esta forma, se provoca la caida del polvo. Todo el proceso podría automatizarse o controlarse de forma remota. Alternativamente, se pueden colocar de forma permanente tiras delgadas de material conductor transparente sobre el panel, eliminando la necesidad de partes móviles.
Al eliminar la dependencia del agua transportada en camiones, al eliminar la acumulación de polvo que puede contener compuestos corrosivos y al reducir los costos operativos generales, dichos sistemas tienen el potencial de mejorar significativamente la eficiencia y confiabilidad general de las instalaciones solares, dice Varanasi.
Lo más leído en esenergia
Las tejas solares: el punto que faltaba para decidirnos por la fotovoltaica
Los mejores libros sobre energía solar
Biothinking en placas solares
Inspirados por la forma en que las plantas usan la energía radiante del sol, el biothinking es una técnica para mejorar la captación de la energía solar. Se pretende alcanzar tecnologías que capten la luz solar y la almacenen como combustibles libres de carbono.
Existen multiples investigaciones publicadas en la revista Applied Energy Materials de la American Chemical Society (ACS) . Un ejemplo es el uso de catalizadores para almacenar energía renovable. Los catalizadores son sustancias que actúan para acelerar la velocidad de las reacciones químicas. Los catalizadores son un ingrediente crítico para captar la luz solar. También se pueden emplear para la fotoelectrosíntesis, es decir, para el almacenamiento de energía solar y su posterior uso como combustible.
¿Qué es biothinking?
Biothinking es una corriente de investigación que se basa en la observación de la naturaleza para aplicarlo a procesos técnicos. Los investigadores requieren continuamente inspiración para avanzar en sus estudios, y aquí tienen una fuente inagotable.
“Cuando nos damos cuenta de lo que es verdaderamente sostenible, vemos que el único modelo real que ha funcionado durante largos periodos de tiempo es el mundo natural”
Ejemplo de biothinking en energía fotovoltaica
Existen numerosos investigadores que aplican biothinking. Este es el caso de Brian Wadsworth, que es investigador en la Universidad de Arizona. Este cientifico aporta un enfoque de menos es más para los catalizadores, y busca mejorar el rendimiento de los dispositivos fotoelectrosintéticos.El objetivo es maximizar la eficiencia energética y, cuando sea posible, hacer uso de elementos que abundan en la tierra.
Wadsworth afirma: «Existe una noción tradicional de que las cargas relativamente altas de catalizador son beneficiosas para maximizar las velocidades de reacción y el rendimiento relacionado de los materiales catalíticos».
«Sin embargo, esta estrategia de diseño no siempre debe implementarse en conjuntos que impliquen la captura y conversión de energía solar. Esto se debe a que las capas de catalizador relativamente gruesas pueden obstaculizar el rendimiento, ya que impide que la luz solar llegue a un material absorbente de luz subyacente. En otras palabras, desfavorece la acumulación de estados activos».
Cada hora, el sol satura la tierra con más energía de la que usan los humanos en un año. Aprovechar parte de esta energía para satisfacer la demanda mundial se ha convertido en un gran desafío, y el mundo está preparado para duplicar su consumo de energía en solo treinta años.
Sin duda, los investigadores continuaran buscando y aplicando nuevas fuentes de inspiración como el Biothinking en energía fotovoltaica.
