En uno de los laboratorios del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, un equipo interdisciplinar de investigadores ha diseñado y desarrollado un innovador método para limpiar paneles solares sin agua.
El estudio que aparece en Science Advances describe los pormenores de este avance que será bien acogido en países con escasez de lluvias. En este trabajo, cuyo primer firmante es Sreedath Panat y en el que ha participado también Kripa Varanas, profesor de ingeniería mecánica del MIT, se especula con la posibilidad de que la energía del Sol llegue a alcanzar el 10% de la generación mundial de energía en los próximos ocho años y es probable que gran parte se encuentre en áreas desérticas, donde abunda la luz solar.
Pero la acumulación de polvo en los paneles ya es un problema importante, ya que puede reducir la producción de energía hasta en un 30% en solo un mes, por lo que la limpieza regular es esencial en estas instalaciones.
Actualmente, se estima que la limpieza de los paneles solares utiliza alrededor de 40 mil millones de litros de agua al año. Esta cantidad es suficiente para suministrar agua potable a unos dos millones de personas.
Los intentos de limpieza sin agua requieren mucha mano de obra y tienden a causar arañazos irreversibles en las superficies, lo que también reduce la eficiencia de los paneles solares.
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.
Paneles solares en zonas desérticas
El sistema se puede operar automáticamente usando un motor eléctrico simple y rieles de guía a lo largo del costado del panel.
Las pruebas de laboratorio realizadas por estos investigadores 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% después de solo un mes sin limpieza.
Calcularon que incluso una reducción del 1% en la energía, para una instalación solar de 150 megavatios, podría resultar en una pérdida de unos 200.000 dólares en ingresos anuales.
Los investigadores dicen que a nivel mundial, una reducción del 3 al 4% en la producción de energía de las plantas solares equivaldría a una pérdida de entre 3,3 mil millones y 5,5 mil millones de dólares.
Muchas de las instalaciones de energía solar más grandes del mundo, incluidas las de China, India, Emiratos Árabes Unidos y EE UU, se encuentran en regiones desérticas. El agua utilizada para la limpieza de estos paneles solares, mediante chorros a presión, se transportan en camiones y debe ser muy pura para evitar dejar depósitos en las superficies.
A veces se usa el restregado en seco, pero es menos efectivo para limpiar las superficies y puede causar rasguños permanentes que también reducen la transmisión de luz.
Diversos cálculos concluyen que la limpieza con agua de estas instalaciones solares representa alrededor del 10% de los costes operativos. Sus inventores destacan que su nuevo sistema podría reducir potencialmente estos costes, al tiempo que mejoren la producción de energía general al permitir limpiezas automatizadas más frecuentes.
Otros grupos de investigadores han intentado sin éxito hasta ahora el desarrollo de soluciones basadas en electrostática, pero se han basado en una capa llamada pantalla electrodinámica, utilizando electrodos interdigitados.
Innovador método basado en un electrodo
Estas pantallas pueden tener defectos que permiten la entrada de humedad y hacen que fallen. El nuevo sistema del MIT solo requiere un electrodo, que puede ser una simple barra de metal, para pasar sobre el panel, produciendo un campo eléctrico que imparte 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, repele las partículas.
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”, explica Panat.
La humedad en el aire proporcionó 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%. Mientras la humedad ambiental sea superior al 30%, puede eliminar casi todas las partículas de la superficie, pero a medida que disminuye, se vuelve más difícil”, continúa Panat.
Por su parte, Varanasi puntualiza que a diferencia de algunos de los trabajos anteriores en pantallas electrodinámicas, que en realidad no funcionan con una humedad alta o incluso moderada, “nuestro sistema puede funcionar con una humedad de hasta el 95%, indefinidamente”.
Además, 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 no depender del agua transportada en camiones, así como 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.
