Se espera que la energía solar alcance el 10 por ciento de la generación de energía mundial para el año 2030, y es probable que gran parte de ella esté ubicada en áreas desérticas, donde la luz del sol es abundante. Pero la acumulación de polvo en los paneles solares o espejos ya es unaproblema importante: puede reducir la producción de paneles fotovoltaicos hasta en un 30 por ciento en solo un mes, por lo que la limpieza regular es esencial para tales instalaciones.
Pero 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 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,lo que también reduce la eficiencia Ahora, un equipo de investigadores del MIT ha ideado una forma de limpiar automáticamente los paneles solares, o los espejos de las plantas termosolares, en un sistema sin contacto y sin agua que podría reducir significativamente el problema del polvo, dicen.
El nuevo sistema utiliza repulsión electrostática para hacer que las partículas de polvo se desprendan y prácticamente salten de la superficie del panel, sin necesidad de agua ni cepillos. Para activar el sistema, un electrodo simple pasa justo por encima de la superficie del panel solar, impartiendo una carga eléctricaa 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 en la revistaAvances científicos, 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". Las pruebas de laboratorio realizadas por Panat y Varanasi mostraron que la caída de la producción de energía deLos paneles ocurren abruptamente al comienzo del proceso de acumulación de polvo y pueden alcanzar fácilmente una reducción del 30 por ciento después de solo un mes sin limpieza Incluso una reducción del 1 por ciento en la energía, para una instalación solar de 150 megavatios, calcularon, podría resultar enuna pérdida de ingresos anuales de $ 200 000. 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.
"Se está trabajando mucho en materiales solares", dice Varanasi. "Están empujando los límites, tratando de ganar un pequeño porcentaje aquí y allá para mejorar la eficiencia, y aquí tienes algo que puede destruir todoeso de inmediato".
Muchas de las instalaciones de energía solar más grandes del mundo, incluidas las de China, India, los Emiratos Árabes Unidos y los EE. UU., están ubicadas en regiones desérticas. El agua utilizada para limpiar estos paneles solares con chorros de agua a presión debe transportarse en camionesdesde la distancia, y tiene que ser muy puro 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 rayones permanentes que también reducen la transmisión de luz.
La limpieza con agua representa aproximadamente el 10 por ciento de los costos 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, 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 que esto sea sosteniblesolución."
Otros grupos han tratado de desarrollar soluciones basadas en electrostática, pero estas se han basado en una capa llamada pantalla electrodinámica, usando electrodos interdigitados. Estas pantallas pueden tener defectos que permiten la entrada de humedad y hacen que fallen, dice Varanasi. Si bien podrían serútil 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 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 un conductor transparenteuna capa de unos pocos nanómetros de espesor depositada en la cubierta de vidrio del panel solar luego repele 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 hacer 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 proporcionó una fina capa de agua en elpartículas, que resultaron ser cruciales 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 todo elde las partículas de la superficie, pero a medida que disminuye la humedad, se vuelve más difícil".
Varanasi dice que "la buena noticia es que cuando llegas al 30 por ciento de humedad, la mayoría de los desiertos caen en este régimen".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 incluso tan alta como el 95 por ciento, indefinidamente", dice Panat.
En la práctica, a escala, cada panel solar podría equiparse con barandas en 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 una correasistema para mover el electrodo de un extremo del panel al otro, haciendo que todo el polvo se caiga. Todo el proceso podría automatizarse o controlarse de forma remota. Alternativamente, delgadas tiras de material conductor transparente podrían colocarse permanentemente sobre el panel, eliminandola necesidad de piezas móviles.
Al eliminar la dependencia del agua transportada por camión, 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, Varanasidice.
La investigación fue apoyada por la empresa energética italiana Eni. SpA a través de la Iniciativa de Energía del MIT.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts. Original escrito por David L. Chandler. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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