El impacto de la suciedad no uniforme en el rendimiento de los sistemas fotovoltaicos

Un equipo de científicos del Imperial College de Londres (Reino Unido) y de la Universidad Imam Abdulrahman Bin Faisal (Arabia Saudí) ha investigado por primera vez el efecto de las distribuciones no uniformes de suciedad intracelular en las superficies de los módulos fotovoltaicos.

“Hasta donde saben los autores, no se ha publicado ningún trabajo de este tipo”, explican los investigadores. “La novedad de este trabajo es que proporciona una evaluación exhaustiva del efecto de las características no uniformes de la suciedad en un módulo fotovoltaico”.

En el artículo “Experimental investigation of nonuniform PV soiling” (Investigación experimental de la suciedad fotovoltaica no uniforme), publicado en Solar Energy, el equipo de investigación explica que realizó sus pruebas con módulos solares PERC mini monocristalinos orientados al sur de 50 mm × 50 mm × 4 mm y con ángulos de inclinación de 0 grados, 23 grados, 45 grados y 90 grados. Los paneles tenían una potencia de 92 mW, una tensión máxima de 2,2 V y una corriente máxima de 42,4 mA,

“La consideración de la superficie inclinada verticalmente se ha incorporado a este estudio, no sólo por sus implicaciones inmediatas, sino también por su relevancia prospectiva para la fotovoltaica integrada en edificios (BIPV, por sus siglas en inglés)”, especificó el grupo, añadiendo que cada módulo podía construirse con hasta cuatro células solares conectadas en serie. También utilizó un adhesivo líquido UV para pegar las células sobre una muestra de vidrio limpia.

Los académicos recogieron muestras del suelo de un tejado residencial en Mascate (Omán), mientras sustituían el cristal frontal cada mes durante 2021. Utilizaron un espectrofotómetro Shimadzu UV-2600 para medir las propiedades ópticas de la superficie sucia del módulo y eligieron vidrio limpio con bajo contenido en hierro como referencia para las pruebas.

También utilizaron un microscopio electrónico de barrido (SEM) Quantal FEG 650 y un espectrómetro de dispersión de energía de rayos X (EDXS) para analizar la composición del material sucio. “Antes de la obtención de imágenes SEM/EDXS, se utilizó un recubridor de carbono para mejorar la precisión del análisis de la superficie mediante la mejora de la señal de electrones necesaria para el proceso de obtención de imágenes, al tiempo que se evitaban los daños térmicos”, añadieron.

Para la caracterización eléctrica, el grupo utilizó un simulador solar de interior capaz de reproducir las condiciones de iluminación estándar. También aplicó termopares en la parte posterior de cada célula solar para medir la temperatura. “Más allá de la pérdida media de potencia, nos interesan las variaciones de potencia en las regiones espaciales probadas y las correlaciones entre la generación de energía y el grado de suciedad”, explican los investigadores.

Las pruebas demostraron que la suciedad no uniforme en los minimódulos puede provocar un aumento medio de la temperatura de 2 ºC y un descenso medio de la transmitancia del 13% en comparación con el vidrio de referencia.

“Las pérdidas de transmitancia están estrechamente relacionadas con la generación de energía, con un deterioro medio de la potencia de entre el 6 y el 7% por cada 5% de caída de la transmitancia”, afirman los científicos. “Concretamente, se midió una pérdida de generación de energía del 30%, 31%, 27% y 32% en relación con una muestra limpia en las cuatro regiones/zonas espaciales. Por último, se identificó una gran formación sólida en la muestra de inclinación horizontal, que dio lugar a un punto caliente localizado.”

De cara al futuro, los investigadores señalaron que se necesitan más investigadores “regionales” para definir parámetros normalizados que permitan evaluar la falta de uniformidad de la suciedad. “Nuestros resultados ponen de relieve la importancia de abordar la suciedad fotovoltaica para un rendimiento fotovoltaico óptimo y de tener en cuenta la falta de uniformidad espacial de la suciedad”, concluyen.