Científicos describen los mecanismos del vidrio solar antisuciedad

Un grupo de científicos ha investigado la correlación entre los experimentos de ensuciamiento en laboratorio y en exteriores de paneles de vidrio con revestimientos antisuciedad (ASC, por sus siglas en inglés). Los experimentos en exteriores se realizaron durante un año en ocho localidades de Arabia Saudita y se compararon con pruebas de laboratorio que reproducían mecanismos de ensuciamiento potencialmente relevantes. “Soy muy optimista en cuanto a la posibilidad de generalizar los resultados a otras zonas áridas y semiáridas con elevadas pérdidas por suciedad debidas al polvo mineral”, declaró a pv magazine el Dr. Klemens Ilse, autor del estudio.

“Las pruebas de laboratorio constan de tres pasos principales de procedimiento: deposición de polvo seco, procesos para modificar la adherencia del polvo y un proceso de limpieza, que incluye pasos intermedios de caracterización”, explicaron los investigadores. “Este estudio es el primero en analizar exhaustivamente un gran número de revestimientos y muestras, correlacionar y comparar los patrones de suciedad de los resultados de los experimentos en interiores y exteriores, e identificar los mecanismos clave para predecir el rendimiento en exteriores del ASC.”

Las pruebas de campo tuvieron lugar de febrero de 2019 a enero de 2020 en Al-Khafji, Solar Village, Al-Qassim, Riad, Makkah,Tabuk, Yanbu y Al-Ahsa. En todas las ubicaciones, las muestras de vidrio se montaron a 25 grados. Los paneles de vidrio se cambiaron y analizaron trimestralmente, excepto en Al-Khafji y Solar Village, donde se probaron mensualmente. Tanto en el laboratorio como al aire libre se probaron diferentes revestimientos, algunos con propiedades hidrófilas y otros identificados como hidrófobos.

En las pruebas de laboratorio, todos los experimentos se realizaron con un ángulo de inclinación de la muestra de 20 grados, con polvo Arizona A2 y una velocidad del viento simulada de unos 15 m/s. Los científicos podían controlar la humedad del 20% al 80% y la temperatura de -5 ºC a 80 ºC. Se realizaron cuatro pruebas diferentes para reflejar distintos mecanismos de ensuciamiento.

En las pruebas de deposición seca, que reflejan principalmente el proceso de rebote de las partículas, simplemente se depositó polvo sobre las muestras. Las pruebas de deposición seca y de soplado por el viento, que representan el efecto de la resuspensión de partículas, se realizaron depositando polvo sobre las muestras y soplando después sobre ellas con una cuchilla de aire. Las pruebas de rocío se realizaron con rocío ligero o intenso, para simular efectos de apelmazamiento. En estas pruebas, se depositó polvo y, a continuación, se simuló rocío ligero o intenso, seguido de viento.

“En el análisis de correlación de la media anual, teniendo en cuenta la media anual de pérdidas por suciedad, las pruebas en seco tras el soplo de viento y las pruebas con rocío ligero tras el soplo de viento mostraron una fuerte correlación en la mayoría de los lugares”, declararon los científicos. “Es decir, mientras que las pruebas en seco después de la deposición y las pruebas de rocío intenso después del golpe de viento indicaron una baja correlación o anticorrelación respectivamente”.

Explicando los resultados, los científicos dijeron que en condiciones desérticas, el aumento de la resuspensión de partículas por el viento es uno de los factores dominantes para un alto rendimiento antisuciedad. “Las pruebas de rocío intenso en el laboratorio pueden ser más factibles para predecir la suciedad en lugares con mayor frecuencia de rocío y, sobre todo, de rocío intenso capaz de limpiar la superficie, que suelen ser poco frecuentes en Oriente Próximo”, añadió el Dr. Ilse.

Los científicos también analizaron los casos de Al-Khafji y la Villa Solar en busca de huellas estacionales. Las pruebas se realizaron mensualmente y presentaron una tendencia general en la que las pruebas de rocío intenso parecen predecir mejor el comportamiento de la suciedad en exteriores durante los meses secos de verano, mientras que las pruebas de rocío seco y ligero podrían predecir mejor el comportamiento de la suciedad en los meses húmedos de invierno.

“Estos resultados pueden parecer contraintuitivos al principio, pero podrían explicarse por la interacción del rocío con las propiedades hidrófobas e hidrófilas de las superficies. Esto incluye los procesos de apelmazamiento, el aumento de la captura de partículas durante las condiciones de superficie húmeda y la reducción de la adhesión capilar durante las estaciones secas”, señalan los científicos. “Sin embargo, son necesarias más investigaciones para comprender mejor los efectos observados, incluidas pruebas al aire libre y en laboratorio con diversos tipos de revestimiento”.

Los resultados se presentaron en “Correlation between laboratory and outdoor soiling experiments with anti-soiling coatings” (Correlación entre experimentos de suciedad en laboratorio y exteriores con revestimientos antisuciedad), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells. La investigación fue realizada por académicos de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Anhalt (Alemania), el Centro Fraunhofer de Fotovoltaica de Silicio (CSP), el Instituto Fraunhofer de Microestructura de Materiales y Sistemas (IMWS) y el Instituto Fraunhofer de Investigación de Silicatos (ISC), así como la Ciudad Rey Abdulaziz para la Ciencia y la Tecnología (KACST) de Arabia Saudita.