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Un nuevo método de limpieza podría eliminar el polvo de las instalaciones solares en regiones con escasez de agua, mejorando la eficiencia en general de estos sistemas de generación de energía.

La actual crisis energética nos ha recordado que los humanos dependemos mucho de los combustibles fósiles. No ha pillado, como en las veces anteriores, con unas fuentes de energía alternativas todavía en pañales que no terminan de despegar.

La realidad es que los combustibles fósiles son una fuente de energía prácticamente gratuita para quienes los poseen. Y los que no poseen esta fuente de energía a veces incluso les compensa pagar un precio alto por estos combustibles en lugar de invertir en energías alternativas.

Tampoco es que la energía alternativas sean la panacea. Su despegue está siendo más lento de lo que nos gustaría, no son baratas y ocupan mucho espacio. Es más, parece que es prácticamente imposible que sustituyan a los combustibles fósiles, cuyo destino final será transformarse en su totalidad en dióxido de carbono en la atmósfera, con la consiguiente destrucción del clima. A pesar de todo, se espera que la energía solar alcance el 10 por ciento de la generación de energía mundial para el año 2030.

Una de las ideas que nos vienen a la mente es la de poner grandes extensiones de paneles solares fotovoltaicos en el desierto, en donde la luz solar es abundante, por ejemplo en el Sáhara. Independientemente de la estabilidad política de los países de la zona, hay un problema fundamental que impide la implantación de esta idea: allí no hay agua con la que limpiar los paneles.

Porque los paneles se ensucian y mucho en el desierto. La acumulación de polvo sobre ellos puede ser tal que se puede reducir la producción de los paneles fotovoltaicos hasta en un 30 por ciento en solo un mes, por lo que la limpieza frecuente es esencial para tales instalaciones.

Un ejercicio mental que podemos realizar para saber lo que representa esto lo podemos tener en las zonas limítrofes a desiertos cuando los episodios de calima depositan una buena capa de polvo en toda superficie horizontal expuesta.

Actualmente se estima que la limpieza de los paneles solares consume alrededor de 40 mil millones de litros de agua por año, suficiente para suministrar agua potable a 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 sostiene que ha ideado una forma de limpiar automáticamente los paneles solares, o los espejos de las plantas termosolares, gracias a un sistema sin contacto y sin agua que podría reducir significativamente el problema del polvo. La investigación se describe en un artículo publicado en Science Advances por Sreedath Panat y Kripa Varanasi.

El nuevo sistema utiliza la repulsión electrostática para hacer que las partículas de polvo se desprendan y salten 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.

A pesar de los esfuerzos realizados en todo el mundo para desarrollar paneles solares cada vez más eficientes, un problema tan aparentemente tonto como el polvo puede afectar seriamente todo el asunto. De nada sirve un semiconductor especial que posea una alta eficiencia si el panel esta cubierto por el polvo.

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 euros 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 centrales solares equivaldría a una pérdida de entre 3,3 mil millones y 5,5 mil millones de euros.

«Se está trabajando mucho en materiales solares. Están empujando los límites, tratando de ganar un pequeño porcentaje aquí y allá para mejorar la eficiencia y aquí tienes algo que puede eliminar todo eso de inmediato», dice Varanasi.

Muchas de las instalaciones de energía solar más grandes del mundo, incluidas las de China, India, los Emiratos Árabes Unidos y los EEUU, se encuentran en regiones desérticas. El agua utilizada para la limpieza de estos paneles solares mediante chorros de agua a presión debe transportarse en camión una gran distancia y debe ser muy pura para evitar que se produzcan depósitos calcáreos o de otro tipo en las superficies. A veces se usa el restregado en seco de la superficie del panel, pero es menos efectivo y encima puede causar arañazos permanentes que también reducen la transmisión de luz.

Según los investigadores, la limpieza del agua representa alrededor del 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.

Según Varanasi, la huella hídrica de la industria solar es alucinante y aumentará a medida que estas instalaciones continúen expandiéndose en todo el mundo. Según él, la industria debe ser muy cuidadosa y debe reflexionar sobre cómo hacer de esta una solución sostenible.

Otros grupos han intentado desarrollar soluciones basadas en la electrostática, pero estas se basaban en una pantalla electrodinámica que utiliza electrodos interdigitados. Estas pantallas pueden tener defectos que permiten la entrada de humedad y hacen que fallen. Si bien podrían ser útiles en un lugar como Marte, en donde la humedad no es un problema, incluso en ambientes desérticos de 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, que se hace pasar sobre el panel. Este produce un campo eléctrico que dota una carga eléctrica a las partículas de polvo a medida que avanza. Una carga 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.

Los investigadores calcularon el voltaje que hay que aplicar en un sistema así y encontraron una gama de voltaje que, además de superar la atracción de la gravedad y las fuerzas de adhesión, hace que el polvo se levante.

En el laboratorio usaron muestras de polvo, con un tamaño de partículas variado, para demostrar que el proceso funciona de manera efectiva en una instalación de prueba a escala.

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.

Realizaron experimentos con diferentes grados de humedad que iban del 5 al 95 por ciento. Mientras la humedad ambiental fuera superior al 30 por ciento, se pueden eliminar casi todas las partículas de la superficie, pero, a medida que la humedad disminuía, se volvía más difícil.

Varanasi dice que la buena noticia es que a ese 30 por ciento de humedad llegan la mayoría de los desiertos y que incluso aquellos que son más secos de eso tienden a tener una mayor humedad en las primeras horas de la mañana, por lo que la limpieza podría programarse en esos momentos.

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 alimentado por el propio panel impulsaría un sistema de correa 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.

Al eliminar el polvo de este modo, y suprimir la dependencia del agua transportada en camiones, las instalaciones fotovoltaicas con este tipo de sistemas instalados mejorarían significativamente su eficiencia y fiabilidad.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Michael Adams/ Wikimedia Commons