Estudian los efectos del polvo de carbón en plantas fotovoltaicas de Chile

Conscientes de los costos de operación y mantenimiento (O&M) que supone combatir la suciedad de los paneles fotovoltaicos en zonas áridas y muy industrializadas, un grupo de investigadores de Chile y España investigó el impacto de las emisiones de una central termoeléctrica de carbón sobre los paneles solares en tres emplazamientos del desierto de Atacama, incluida una instalación fotovoltaica que se encontraba dentro de la central generadora de carbón.

Se estudiaron los mecanismos de adhesión del polvo, su composición y sus efectos sobre la transmitancia óptica y la reducción de la densidad de corriente, y los científicos también analizaron brevemente estrategias específicas de limpieza y mantenimiento para preservar el rendimiento del sistema en plantas fotovoltaicas situadas cerca de centrales termoeléctricas de carbón.

«Observamos una tendencia creciente a ubicar plantas solares junto a instalaciones industriales. Esto nos llevó a preguntarnos cómo afectan las emisiones y los subproductos de estas industrias a la suciedad de los sistemas fotovoltaicos cercanos en comparación con los emplazamientos de referencia estándar», explicó a pv magazine Aitor Marzo, coautor de la investigación.

«Además, un operador fotovoltaico situado a varios kilómetros de distancia se puso en contacto con nosotros para informarnos de unos índices de suciedad inesperados», explicó Douglas Olivares, coautor de la investigación, quien añadió que las observaciones del operador diferían de lo previsto inicialmente, lo que motivó una investigación más profunda.

«Nos centramos en cómo los residuos del proceso de desulfuración de gases de combustión de una central eléctrica de carbón pueden crear costras de polvo inusualmente resistentes en los módulos fotovoltaicos», explica Marzo. «Combinando análisis químicos con pruebas de rendimiento, demostramos exactamente cómo estos subproductos se adhieren a las superficies de los paneles».

Según la investigación, las pruebas se realizaron en Mejillones, una ciudad conocida por albergar la mayor concentración de centrales eléctricas de carbón de Chile. Los académicos evaluaron las pérdidas de transmitancia de una planta solar fotovoltaica de 21,6 kW situada in situ en una central térmica de carbón, y examinaron la acumulación de polvo en la superficie de los paneles durante un periodo de 5 meses, con una frecuencia semanal desde el 21 de septiembre de 2022 hasta el 2 de marzo de 2023.

Las muestras de vidrio fotovoltaico carecían de revestimientos antisuciedad y se instalaron con orientación norte y una inclinación de 20 grados. Los resultados del sensor de irradiancia se compararon con una muestra de vidrio limpio. El impacto de la central eléctrica de carbón en los módulos colocados en el mismo lugar demostró que, tras cinco meses de exposición, el polvo depositado alcanzó un máximo de 1,63 mg/cm2, con una tasa de ensuciamiento hasta seis veces superior a la de otros lugares estudiados, lo que provocó una reducción del 23 % de la fotocorriente, señaló el equipo.

Los resultados obtenidos se compararon con otros tres emplazamientos del desierto de Atacama. «Además, nuestros resultados indican que los efectos de la actividad de la central son perceptibles hasta 9 km de distancia, haciéndose especialmente evidentes en zonas con alta humedad, donde la solubilidad de los materiales potencia la recristalización y consolidación del polvo en las superficies de los módulos», añadieron los investigadores.

«Nos sorprendió el alcance de estos subproductos de la desulfuración. Facilitaron la cementación en los módulos incluso a varios kilómetros de distancia de la central, algo que no esperábamos ver a esa distancia», dijo Olivares, señalando que la calcita utilizada en los procesos de reducción de gases de azufre en la central genera yeso sintético (FDG), que se descubrió que facilitaba la cementación del polvo en los módulos.

El equipo señaló que en el estudio sólo se investigaron los resultados de transmitancia óptica y densidad de corriente. Otras mediciones, como la potencia de salida y los efectos de degradación a largo plazo, están pendientes de investigación.

El trabajo de investigación se describe en «Impact of thermoelectric coal-fired power plant emissions on the soiling mechanisms of nearby photovoltaic power plants in the Atacama Desert» (Impacto de las emisiones de las centrales termoeléctricas a carbón en los mecanismos de ensuciamiento de las centrales fotovoltaicas cercanas en el desierto de Atacama), publicado recientemente por Renewable Energy. Los científicos procedían de la Universidad de Antofagasta, la Universidad de Chile, la Universidad Técnica Federico Santa María y el Núcleo Milenio de NanoBiofísica (NNBP), así como de la Universidad de Granada, la Universidad de Almería y la Universidad Loyola Andalucía.

Desde la finalización del estudio, la investigación ha suscitado un «interés considerable» entre los operadores de plantas fotovoltaicas, especialmente en el desierto de Atacama. «Varias empresas buscaron nuestros resultados para comprender cómo los factores locales intensifican la suciedad. Desde entonces, han utilizado estos conocimientos para optimizar los programas de limpieza y las estrategias de mantenimiento», explica Olivares.

Cuando se le preguntó por futuras líneas de investigación, Marzo respondió: «Tenemos previsto ampliar nuestro trabajo a contextos industriales más amplios, perfeccionar los métodos de medición de la suciedad y desarrollar mapas de suciedad localizados para apoyar el diseño y el mantenimiento de PV en entornos difíciles». También están en marcha otras colaboraciones de investigación con equipos de Europa, España y Chile.

Este contenido está protegido por derechos de autor y no se puede reutilizar. Si desea cooperar con nosotros y desea reutilizar parte de nuestro contenido, contacte: editors@pv-magazine.com.