Este nuevo método podría eliminar el polvo de paneles solares sin usar agua

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Un equipo de investigadores del MIT ha ideado una forma de limpiar automáticamente los paneles solares, o los espejos de las plantas termosolares, con un sistema sin contacto y sin agua que podría reducir significativamente el problema del polvo.

Se espera que la energía solar alcance el 10% de la generación de energía mundial para el año 2030, y es probable que gran parte se encuentre en áreas desérticas, donde la luz solar es abundante.

Pero la acumulación de polvo en los paneles solares ya es un problema importante: puede reducir la producción de los paneles fotovoltaicos hasta en un 30% en solo un mes, por lo que la limpieza regular es esencial para tales instalaciones.

Actualmente se estima que la limpieza de los paneles solares utiliza alrededor de 10 mil millones de galones de agua por año, suficiente para suministrar agua potable para 2 millones de personas.

No obstante, 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.

Por eso, un equipo de investigadores del MIT ha ideado una forma de limpiar automáticamente los paneles solares, o los espejos de las plantas termosolares, con un sistema sin contacto y sin agua que podría reducir significativamente el problema del polvo.

Cómo funciona el sistema?

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 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.

A pesar de los esfuerzos concertados en todo el mundo para desarrollar paneles solares cada vez más eficientes, dice Varanasi, «un problema mundano como el polvo puede afectar seriamente todo el asunto».

La reducción de la eficiencia en generación eléctrica: un problema costoso

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% 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 Estados Unidos, están ubicadas en regiones desérticas.

El agua utilizada para la limpieza de estos paneles solares debe transportarse en camiones desde la distancia y debe ser muy pura para evitar dejar depósitos en las superficies.

A veces se usa el fregado en seco, pero es menos efectivo para limpiar las superficies y puede causar rasguños permanentes que también reducen la transmisión de luz.

La limpieza con agua representa alrededor del 10% de los costos operativos de las instalaciones solares.

El nuevo sistema podría reducir potencialmente estos costos al tiempo que mejoraría la producción de energía al permitir limpiezas automatizadas más frecuentes, dicen los investigadores.

La huella hídrica de la industria solar es alucinante”, dice Varanasi, y aumentará a medida que estas instalaciones continúen expandiéndose en todo el mundo. “Entonces, la industria debe ser muy cuidadosa y reflexiva sobre cómo hacer de esta una solución sostenible”.

Algunas soluciones similares

Otros grupos han intentado desarrollar soluciones basadas en la electrostática, pero estas se han basado en una «pantalla electrodinámica», utilizando electrodos interdigitados.

Estas pantallas pueden tener defectos que permiten la entrada de humedad, 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 nuevo sistema que desarrollaron en 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 es la encargada de repeler las partículas, y al calcular el voltaje correcto a aplicar, los investigadores pudieron encontrar un rango de voltaje suficiente para superar la atracción de la gravedad y las fuerzas de adhesión, y así lograr 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 sencilla, como una instalación solar en una casa, 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%”, dice Panat. “Mientras la humedad ambiental sea superior al 30%, el sistema puede eliminar casi todas las partículas de la superficie, pero a medida que la humedad disminuye, se vuelve más difícil”.

Varanasi dice que la buena noticia es que cuando se llega al 30% de humedad, la mayoría de los desiertos caen en este estandar. E incluso aquellos que suelen estar más secos que eso tienden a tener una mayor humedad en las primeras horas de la mañana, lo que lleva a la formación de rocío, por lo que la limpieza podría programarse en consecuencia.

“Además, 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”, dice Panat.

En la práctica, 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 electricidad generada por el panel mismo, impulsaría un sistema de correa para mover el electrodo de un extremo del panel al otro, haciendo que todo el polvo se caiga, y todo el proceso podría automatizarse o controlarse de forma remota.

Alternativamente, se pueden colocar tiras delgadas de material conductor transparente sobre el panel de forma permanente, eliminando la necesidad de usar partes móviles.

Al eliminar la dependencia del agua transportada en camiones, acabar con 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, según Varanasi.

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Silvio Sanchez Arango

Fundador y director de Ecosiglos. Me motiva la Libertad, la búsqueda de la verdad y las noticias positivas. No creo que el desarrollo humano y el medio ambiente sean enemigos ni que el mundo esté tan mal como lo pintan.

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