Científicos del Madison Area Technical College de Estados Unidos han probado unos recubrimientos superhidrófobos autolimpiables y antisuciedad que, si se aplican a módulos fotovoltaicos, pueden supuestamente aumentar el rendimiento de los paneles en más de un 3%.
Los recubrimientos se basan en suspensiones de nanopartículas de óxido desarrolladas por la empresa estadounidense Microporous Oxides Science and Technology, LLC (MOST), especializada en la preparación de suspensiones estables de óxidos nanoparticulados para su uso como recubrimientos sobre diversos sustratos con el fin de producir películas finas porosas autoensambladas para una amplia variedad de aplicaciones.
Los investigadores probaron, en particular, revestimientos antisuciedad creados mediante deposición por pulverización y síntesis sol-gel, una técnica química húmeda utilizada habitualmente para la producción de materiales vítreos y cerámicos. Los recubrimientos se hicieron con una suspensión nanoparticulada que contenía una mezcla de titania, óxido de titanio (TiO2), sílice, dióxido de silicio (SiO2) y óxidos metálicos.
La ventaja de utilizar la síntesis sol-gel es que no se emplea calor para que el recubrimiento se adhiera a la cubierta de vidrio subyacente del módulo fotovoltaico, lo que permite que las películas se consoliden, curen, adhieran y endurezcan al exponerse a la luz solar sobre el terreno.
“Las películas finas de óxido metálico que contienen materiales fotoactivos nanoparticulados, como la titania, son capaces de sinterizarse tras la excitación de la radiación ultravioleta”, explican los científicos. “Este proceso de sinterización inducido por la luz solar sirve para unir químicamente las nanopartículas entre sí y a la superficie acristalada del módulo solar fotovoltaico, creando una película fina duradera y resistente al desgaste y la disolución”.
El equipo de investigación recubrió los módulos solares en una cabina de reparación de automóviles con dos pistolas y boquillas diferentes. “Tras la pulverización, los módulos se dejaron secar al aire en las cabinas de pulverización, que se mantuvieron a una humedad relativa del 15%”, explican los científicos.
A continuación, probaron el recubrimiento en un sistema fotovoltaico basado en ocho módulos bifaciales recubiertos de 370 W orientados al sur y montados con un ángulo de teja de 10 grados proporcionados por Philadelphia Solar, con sede en Jordania. Su rendimiento se comparó con el de ocho paneles de referencia sin recubrimiento del mismo tipo.
Las pruebas de campo mostraron que los residuos de suciedad en los módulos revestidos eran más finos que los de los paneles sin revestir.
“Los módulos solares revestidos y sin revestir también mostraron un comportamiento de humectación sobre el terreno significativamente diferente, fácilmente visible a simple vista”, afirma el grupo de investigación en el informe. “La lluvia depositada sobre los paneles sin recubrimiento tendía a acumularse, formando gotas en la superficie. En comparación, la lluvia sobre los paneles revestidos tendía a formar láminas, mojando una porción mucho mayor de la superficie del panel”.
El análisis demostró que los paneles recubiertos alcanzaron una producción anual de energía de 1.097 kWh/kW, mientras que los módulos sin recubrimiento lograron un rendimiento de 1.058 kWh/kW. “Aunque una ganancia energética de entre el 3 y el 3,5% puede parecer modesta, mejoras de esta magnitud tendrían una importancia financiera significativa para la industria”, señalaron los investigadores.
También especificaron que el costo de los materiales de recubrimiento de película fina es de aproximadamente 80 dólares por litro y estimaron el costo por panel en unos 2,6 dólares, lo que representaría un aumento de alrededor del 1,4% en el costo total del panel. “Parece claro que los recubrimientos MOST probados en este estudio tienen un gran potencial para ser un producto comercialmente viable para la fabricación de paneles solares”.
El novedoso recubrimiento antisuciedad se presentó en el estudio “Field tests of a self-sintering, anti-soiling, self-cleaning, nanoporous metal oxide, transparent thin film coating for solar photovoltaic modules” (Pruebas de campo de un recubrimiento de capa fina transparente de óxido metálico nanoporoso, sinterizado, antisuciedad y autolimpiante para módulos solares fotovoltaicos), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells.
“Hasta agosto de 2023, hemos recubierto con éxito módulos de varios fabricantes diferentes, entre ellos Adani, Axitec, Crossroads, REC, Silfab, Trina y Yingli”, señalan los científicos refiriéndose a la futura dirección de su trabajo. “Esperamos informar sobre las pruebas de campo con esos módulos recubiertos en uno o dos años”.
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