El impacto de la suciedad en la transmitancia de los módulos fotovoltaicos

Científicos del Imperial College de Londres y del Instituto de Tecnología de Karlsruhe han investigado el impacto de la suciedad en las superficies de vidrio de módulos solares en regiones semidesérticas.

Analizaron cómo la suciedad puede afectar al rendimiento de los paneles fotovoltaicos en potencia óptica y eléctrica. “También hemos realizado un análisis económico de la suciedad, pero aún no lo hemos publicado. Los resultados indican que las pérdidas económicas dependen en gran medida de cada lugar”, explica Christos Markides, coautor de la investigación, a pv magazine.

El estudio se basa en 60 muestras recogidas en una estación de ensuciamiento de Mascate (Omán).

“Estimar el rendimiento energético de las instalaciones fotovoltaicas reales sigue siendo un reto debido a la sobreestimación o subestimación de las pérdidas por suciedad. Las pérdidas por suciedad dependen en gran medida del tamaño y la forma de las partículas, así como de sus espectros asociados, que influyen significativamente en el rendimiento fotovoltaico”. “En este trabajo, presentamos los resultados de una amplia campaña de pruebas experimentales de ensuciamiento en exteriores, aplicamos técnicas de caracterización detalladas y consideramos las pérdidas resultantes”.

En el artículo, “Characterisation of soiling on glass surfaces and their impact on optical and solar photovoltaic performance” (Caracterización de la suciedad en las superficies de vidrio y su impacto en el rendimiento óptico y solar fotovoltaico), publicado recientemente en Renewable Energy, Markides y sus colegas explicaron que las muestras analizadas eran cupones de vidrio con bajo contenido en hierro. Estos cupones se utilizan habitualmente en la industria solar para encapsular la capa superior de un módulo fotovoltaico. Las muestras de vidrio se recogieron a finales de cada mes durante 2021 y en dos periodos estacionales, en la estación húmeda y en la seca. En cada periodo de recogida, los investigadores recogieron cuatro muestras, de 0, 23, 45 y 90 grados, respectivamente.

Las muestras se enviaron a Londres para realizar pruebas de transmitancia óptica. El análisis demostró que la transmitancia relativa de las muestras horizontales disminuía un 65% en la estación húmeda, un 68% en la estación seca y un 64% en todo el año.

“En comparación, los cupones verticales mostraron un descenso de la transmitancia relativa del 34%, 19% y 31%, respectivamente”, añadió el grupo de investigación. “La disminución media de la transmitancia relativa en todos los ángulos de inclinación fue del 44%, 49% y 42% para los cupones húmedos, secos y de un año, respectivamente”.
Basándose en esos resultados, los investigadores calcularon la pérdida de electricidad esperada en una condición de prueba estándar de 1.000 W/m2 de radiación y una temperatura de 25 ºC con un módulo fotovoltaico monocristalino.

“Las reducciones relativas de transmitancia medidas en las muestras horizontales de estación húmeda, estación seca y año completo corresponden a reducciones relativas previstas en la generación de energía eléctrica del 67%, 70% y 66%, respectivamente”, añadieron. “Basándonos en un ángulo de inclinación local de 23 grados, las pérdidas relativas de transmitancia se estiman en torno al 30% mensual, lo que se traduce en una reducción relativa equivalente de la potencia fotovoltaica de alrededor del 30% mensual en la ubicación estudiada”.

A continuación, los científicos utilizaron rayos X y microscopios electrónicos para caracterizar las partículas del suelo. Como todas las muestras de vidrio estaban situadas en el mismo lugar, los científicos supusieron que su suciedad tendría la misma caracterización material. Por ello, analizaron sólo los cupones de vidrio horizontales de las estaciones húmeda y seca y de todo el año.

“Según los resultados de la difracción de rayos X (DRX), el cupón sucio horizontal de todo el año tiene una variedad de minerales como dióxido de silicio, carbonato de calcio, carbonato de calcio y magnesio, dióxido de titanio, carburo de hierro y silicato de aluminio”, subrayaron. “El mapa elemental destaca los compuestos químicos señalados por el análisis XRD. El silicio (Si) es el elemento más dominante, mientras que el resto son carbono (C), oxígeno (O), sodio (Na), magnesio (Mg), aluminio (Al), calcio (Ca) y hierro (Fe)”.

Los investigadores también descubrieron que la muestra de la estación seca tenía más partículas PM10 -se trata de partículas con un diámetro inferior a 10 μm- que la muestra de la estación húmeda. “También se demostró que la limpieza natural debida a las lluvias periódicas puede eliminar la acumulación de partículas más grandes, pero no de las más pequeñas”, explican en el trabajo.