Un equipo internacional de investigación ha estudiado la formación de suciedad cementada en paneles fotovoltaicos que funcionan en las condiciones hiperáridas de la región con los niveles de radiación solar más altos del mundo, el desierto de Atacama, en el norte de Chile, y ha descubierto que las pérdidas anuales de energía, si no se abordan, pueden alcanzar hasta el 9,8 %.
La novedad del trabajo de investigación consistió en cambiar el enfoque del análisis del impacto del polvo no cementado en el rendimiento fotovoltaico al de la suciedad cementada, que los científicos describieron como un factor cada vez más relevante en entornos hiperáridos.
La diferencia entre los dos tipos de suciedad radica en la mayor o menor adherencia a la superficie del módulo. La suciedad cementada se adhiere debido a la humedad, la materia orgánica o las reacciones químicas, y es difícil de eliminar con la simple lluvia o una limpieza ligera, mientras que la suciedad no cementada suele estar formada por polvo, arena o residuos ligeros y puede eliminarse fácilmente con la lluvia o una limpieza suave.
«La novedad de este estudio radica en su enfoque integrado: combina el monitoreo a largo plazo en el desierto de Atacama, uno de los entornos de exposición fotovoltaica más extremos del mundo, con experimentos de laboratorio acelerados que replican los procesos de cementación en condiciones controladas», explicó el equipo de investigación.
Las pruebas al aire libre se llevaron a cabo en la Plataforma Solar del Desierto de Atacama (PSDA), gestionada por el Centro de Desarrollo Energético de Antofagasta (CDEA) de la Universidad de Antofagasta (UA), mientras que las pruebas de ensuciamiento en interiores se realizaron en un laboratorio del Instituto Nacional de Energía Solar (INES) de Francia, una división de la Comisión de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA) francesa.
Plataforma Solar del Desierto de Atacama (PSDA)
Imagen: Universidad de Antofagasta, Energía Renovable, CC BY 4.0
Para las pruebas al aire libre, los científicos utilizaron muestras de vidrio fotovoltaico orientadas al norte, de 4 cm × 6 cm, montadas por triplicado en módulos fotovoltaicos activos con un ángulo de inclinación de 20°. Se retiraron y analizaron diferentes muestras después de 2 días, 1 semana, 1, 2 y 3 meses, y se evaluaron las características de suciedad mediante análisis morfológicos, elementales y estructurales.
El rendimiento fotovoltaico se midió con dos fotocélulas de referencia de Si calibradas (Si-V-10TC-T) instaladas con el mismo ángulo de inclinación y orientación que los módulos de referencia. Una célula de referencia se limpiaba a diario, mientras que la otra se dejaba sin limpiar.
También se llevó a cabo un análisis técnico-económico para estimar las pérdidas relacionadas con la suciedad y la rentabilidad de la limpieza, suponiendo el funcionamiento de una planta fotovoltaica de 1 MW que utiliza tecnología de silicio cristalino monofacial.
Para las pruebas en interiores, los investigadores utilizaron una cámara ambiental personalizada para controlar la temperatura y la humedad relativa, así como registradores de datos para la monitorización del sistema fotovoltaico. Se generó suciedad artificial mediante un dispensador de polvo, y las muestras de vidrio fotovoltaico y los minimódulos se montaron en una placa inclinable que se calentaba y enfriaba para reproducir gradientes realistas.
Flujo de trabajo experimental que integra metodologías al aire libre y en interiores.
Imagen: Universidad de Antofagasta, Energía Renovable, CC BY 4.0
El análisis al aire libre mostró que, según un modelo de acumulación lineal, la suciedad puede reducir el rendimiento energético hasta en un 9,8 % o 93 800 dólares por MW al año en la planta de energía simulada.
Las pruebas en interiores demostraron que la limpieza en seco es eficaz para restaurar el rendimiento original del módulo fotovoltaico, aunque no elimina completamente las partículas cementadas, lo que deja residuos que actúan como núcleos de cristalización.
«Estos restos residuales favorecen nuevos ciclos de cementación en condiciones ambientales favorables, lo que aumenta la adhesión del material en eventos posteriores», explicaron los científicos. «Este efecto acumulativo complica las futuras tareas de mantenimiento y refuerza la necesidad de seleccionar estrategias de limpieza que restauren el rendimiento óptico y minimicen la nucleación y la evolución de los depósitos a lo largo del tiempo».
También hicieron hincapié en que es preferible la limpieza en húmedo, a pesar de sus mayores costos operativos y de la escasa disponibilidad de agua en la región.
Sus hallazgos están disponibles en el estudio «Soiling in the Atacama Desert: Impacts on solar performance and evaluation of cleaning techniques» (Suciedad en el desierto de Atacama: impacto en el rendimiento solar y evaluación de técnicas de limpieza), publicado en Renewable Energy. El grupo de investigación estaba formado por científicos de la Corporación Atamostec de Chile, la Universidad de Granada de España y la Universidad Grenoble Alpes de Francia.
«Estos hallazgos van más allá del contexto de Atacama, ya que ofrecen una metodología transferible para estudiar y mitigar la suciedad provocada por la cementación en otras regiones áridas y semiáridas», concluyeron.
Atacama se ha convertido en el mayor centro de energía solar de Chile y América Latina, con docenas de plantas solares a gran escala que han entrado en funcionamiento allí durante la última década. Cuenta con condiciones excepcionales para la producción de energía solar y, de hecho, la capacidad instalada de energía solar en esta región representa más del 90 % de la capacidad total instalada en Chile.
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