La ciencia del suelo

Moscovita, dolomita, calcita, paligorskita y cuarzo: si bien las palabras pueden no ser del todo familiares, son los nombres de algunos de los elementos que más frecuentemente se encuentran en la tierra, a saber, las partículas de polvo. Todos pueden relacionarse con la sensación áspera de tener la garganta seca. El polvo y el hollín llegan a todas partes. Y resulta bastante irónico que las condiciones óptimas para la formación de polvo a menudo coinciden perfectamente con las condiciones óptimas de radiación solar.

La suciedad de los módulos es, siempre ha sido, y siempre será, una causa de preocupación para los propietarios de plantas fotovoltaicas. Sin embargo, las pérdidas de transmisión causadas por paneles sucios pueden variar mucho, dependiendo de las condiciones climáticas exactas, el terreno, el ángulo de inclinación e incluso los tipos de paneles instalados. La conciencia del impacto de la suciedad en la tasa interna de retorno (IRR) del propietario de la planta está creciendo paralelamente con métodos cada vez más científicos e innovadores para lidiar no solo con el impacto de los módulos sucios a través de una limpieza más efectiva, sino también con recubrimientos anticuciedad mejorados y avances en las técnicas de instalación para evitar que la suciedad se acumule.

¿Qué se puede hacer?

En la mayoría de los casos, lidiar con módulos solares polvorientos y sucios es fácil: tomar un cubo lleno de agua, un paño y limpiarlos a mano. En muchas partes del mundo, esta práctica sigue siendo habitual: un proceso de mantenimiento que requiere mucha mano de obra y baja tecnología para instalaciones que comprenden componentes fotovoltaicos increíblemente sofisticados.

La energía solar está ganando gran importancia en muchos de los países más pobres y en vías de desarrollo del mundo. Si bien los costos laborales son bajos en lugares como la India, África y el sudeste asiático, los equipos de limpieza aún representan un gasto considerable, particularmente porque muchos de los parques solares en estas regiones emergentes son muy grandes y generalmente se encuentran en parajes bastante remotos. DSM, una empresa de los Países Bajos que produce láminas posteriores y revestimiento antirreflectante para módulos solares, introdujo el año pasado un nuevo recubrimiento antisuciedad de alto rendimiento que asegura que, además de que supera el recubrimiento antirreflectante estándar de los módulos en aproximadamente un 1,3 %, también puede generar una serie de ahorros indirectos de mantenimiento, como una reducción del número de ciclos de limpieza y, por lo tanto, un menor uso de mano de obra y consumibles.

“El vidrio del módulo tratado con el revestimiento antisuciedad de DSM se mancha con menos rapidez y es más fácil de limpiar, al tiempo que mantiene sus propiedades antirreflectantes”, dijo a pv magazine Jan Grimberg, director comercial de DSM. “Al reducir la tasa de suciedad, los módulos pueden mantener su rendimiento óptimo durante más tiempo”.

Se ha comprobado que el recubrimiento antimanchas de DSM, que se puede aplicar in situ en las instalaciones del productor de vidrio, aumenta la TIR de los proyectos solares. El revestimiento se probó en una istalación de TÜV SÜD en Dunhuang, China, después de tres años de desarrollo y pruebas de validación en interiores y exteriores. En un ejemplo de cálculo del impacto del recubrimiento, DSM dice que una granja solar de 10 MW ubicada en un ambiente desértico y sometida a una tasa de suciedad del 0,5 % por día (es decir, el 0,5 % de la superficie del módulo acumulará polvo a diario) puede suponer una reducción efectiva del 50 % en la tasa de suciedad. La firma holandesa calcula que, en base a costos de limpieza promedio de $ 500 / MW y un precio de electricidad asumido de $ 0,08 / kWh, el propietario de la planta puede disfrutar de un aumento de EBITDA del 3,8 % debido a una mayor producción de electricidad de 1,7 % y menores costos de limpieza de alrededor del -30 %.

“El recubrimiento se basa en nuestra tecnología patentada de partículas núcleo-carcasa y está optimizado para minimizar la adherencia del polvo del suelo y maximizar la eliminación de polvo”, dijo Grimberg. “Es un recubrimiento inorgánico y, por lo tanto, tiene una mejor resistencia a los rayos UV que el recubrimiento que contiene componentes orgánicos o fluorados, que típicamente se degradan más rápidamente bajo las altas cargas de UV que se encuentran en ambientes desérticos”.

El revestimiento se introdujo en abril de 2017 y ya se ha instalado en plantas de entre 5 y 10 MW de tamaño. DSM dice que también están en progreso proyectos de más de 50 MW de mayor escala. “Esta es un área de creciente interés tanto para los desarrolladores de proyectos como para otros actores de fases posteriores, particularmente en los mercados emergentes”, confirmó Grimberg. “Nuestro papel es crear más conciencia sobre las soluciones que ya están en el mercado. La suciedad es una ciencia. Es por eso que estamos recolectando tantos datos de muchos sitios diferentes, para ofrecer ejemplos de la diferencia que puede causar un buen recubrimiento antimanchas en términos de TIR”.

Conoce tu terreno

Grimberg deseaba enfatizar que los recubrimientos antimanchas no son una solución de “talla única”: las circunstancias exactas de una instalación solar también pueden determinar el impacto exacto de la suciedad. En los vastos paisajes de la India, cada vez más salpicados no solo de parques solares a gran escala, sino de otros marcadores tangibles de crecimiento industrial y económico como fábricas y plantas textiles, la conversación sobre cómo mitigar mejor el impacto de la suciedad de módulos solares se está abriendo paso.

“La magnitud del problema de la suciedad varía según la región y las especificaciones del cliente”, dijo Pravar Josh, director de la promotora solar india Insolergy. “Por ejemplo, una planta solar en Chandrapur está cerca de una planta de energía térmica. Esto provoca que las cenizas suspendidas en el aire se acumulen en los módulos, que requieren una limpieza más frecuente. También conocemos un parque solar ubicado al lado de un molino que procesa legumbres y bombea una corriente continua de partículas finas al aire. Por lo tanto, la tasa de depósitos en los paneles es mucho más alta que la media “.

Si bien Josh está de acuerdo en que la conciencia de los impactos de suciedad está creciendo, ha visto casos en los que las granjas solares han sufrido una caída del 50 % en el rendimiento debido a la falta de limpieza de los módulos, a menudo durante varios meses. “Ofrecemos contratos anuales de mantenimiento a nuestros clientes con opciones de limpieza quincenales o mensuales, pero la frecuencia realmente debería decidirse en función de cada sitio”.

Subrahmanyan Pulipaka, CEO de Soreva, dijo a la pv magazine que la suciedad rara vez es una preocupación cuando se construyen plantas a gran escala en India. “Siempre ha sido una consideración posterior. La tendencia actual en la India es ser reactivo en lugar de proactivo en la suciedad “.

Como parte del trabajo de Pulipaka en el Instituto Nacional de Energía Solar (NISE) de la India, se han examinado una serie de datos científicos del país y también en los EE. UU., Jordania, Irak, Marruecos y los Emiratos Árabes Unidos, que analizan específicamente cómo se ensucian los módulos. Lo mejor en todos los casos es prevenir en la etapa de planificación. “Si tomamos las medidas adecuadas al diseñar la planta solar, como los ángulos de inclinación del módulo y los hacemos compatibles con la suciedad, entonces la O & M posterior a la instalación se puede minimizar”.

Los estudios de Soreva en plantas ubicadas en Rajasthan han comparado el ángulo de inclinación óptimo para un panel limpio con el ángulo de inclinación óptimo para un panel que se verá más afectado por la suciedad. En muchos casos, se trata simplemente de alterar el ángulo en uno o dos grados para mitigar los peores efectos del polvo y el hollín. “Al hacer esto, un EPC puede ayudar a crear resistencia a la suciedad en el panel”, dijo Pulipaka. “Por lo tanto, el impacto de la suciedad se puede minimizar si se consideran los parámetros de suciedad al decidir la inclinación del módulo, en lugar de simplemente inclinarlo con el valor igual a la latitud”.

Los exámenes adicionales de patrones climáticos, como la fuerza del viento en ciertos lugares según la época del año, también pueden arrojar datos interesantes que pueden ayudar a mitigar los peores impactos de la suciedad. Un defensor de este enfoque analítico es Kipp & Zonen, especialista en mediciones de radiación solar que ha desarrollado una Medición de suciedad óptima (OSM) que mide la reflexión solar cada minuto y puede traducir esa información en datos de pérdida de suciedad en tiempo real. La herramienta pesa alrededor de 4 kg y se puede vincular a través de una cadena de módulos durante el proceso de medición.

Innovación de limpieza

A pesar de los métodos cada vez más sofisticados disponibles para mitigar el efecto de la suciedad en los módulos solares, el polvo no se puede mantener a raya por completo, y especialmente en las regiones desérticas. Otra ironía de la construcción de granjas solares en tales lugares es a menudo la falta de agua para la limpieza.

El aumento de los dispositivos de limpieza de módulos que usan poca o ninguna agua refleja esta realidad. Por ejemplo, la firma estadounidense Alion Energy ofrece soluciones de limpieza húmeda y en seco con su robot de limpieza automático SPOT.

Ecoppia, una empresa de Israel, ha disfrutado de una rápida expansión global en los últimos años, impulsada en gran parte por la creciente popularidad de su sistema de limpieza E4, que puede eliminar el 99 % de la suciedad de los paneles solares sin usar una gota de agua. Para ello, emplea microfibras especiales que limpian la suciedad, ayudada por un flujo de aire controlado sobre la superficie del módulo que ayuda a desalojar las partículas. La gravedad hace el resto.

La firma alcanzó recientemente los 13 millones en una tercera ronda de financiación para ampliar aún más su presencia global. El CEO y cofundador de Ecoppia, Eran Meller, dijo a pv magazine que el objetivo de la empresa es usar esta financiación para lanzar nuevos productos al mercado en 2018 que automatizará aún más el ritmo de limpieza del módulo solar. “Estamos buscando mucho más análisis de datos para mejorar el servicio de limpieza que ofrecemos”, dijo Meller. “La robótica y el aprendizaje automático llegaron para quedarse, y para garantizar la escalabilidad de nuestra tecnología, el respaldo financiero es muy importante”.

“Los CPE ahora están considerando activamente el precio del agua en los próximos 25 años, así como el costo de la mano de obra. Al adoptar una solución automatizada libre de agua como E4 de Ecoppia, los desarrolladores básicamente están mitigando todos esos riesgos, lo que significa que la oportunidad para el rendimiento de la inversión es mayor “, dijo Meller.

Las soluciones de limpieza de Ecoppia se han aplicado en cientos de megavatios de energía solar en todo el mundo, y los datos cuantificables disponibles en la plataforma basada en la nube de la compañía permiten a otros inversores ver lo efectivas que son las soluciones de limpieza automatizadas. “Esto se convierte en una profecía autocumplida porque cuanto más comprendan los inversores y EPC cómo aumentan la TIR los módulos limpios, más estarán dispuestos a invertir, lo que ayuda a nuestras propias economías de escala”.

Los módulos sucios también son propensos al sobrecalentamiento. Donde se ha acumulado polvo, pueden aparecer “hotpots” o puntos calientes, lo que acelera la probabilidad de una posible degradación inducida (PID). En las regiones más cálidas, donde los paneles están sujetos a niveles más altos de calor atmosférico, estos problemas pueden agravarse aún más, lo que hace aún más vital mantener una planta solar libre de polvo.