Este ha sido un verano de récords para España. Por un lado, las altas temperaturas provocadas por las sucesivas olas de calor, que han disparado la demanda de electricidad por el uso de los aires acondicionados. Por otro, el porcentaje de aportación de la energía solar al mix energético, que no ha bajado del 18% en los últimos cuatro meses. Es una gran noticia, pero esa aportación puede ser aún mayor si se empiezan a implementar nuevos sistemas de limpieza de las placas solares que permitan una eficiencia y, por tanto, una producción de energía aún mayor.

La acumulación de polvo y todo tipo de partículas en los paneles solares incide directamente en una pérdida notable en su eficiencia, de entre el 0,5% y el 63% según los experimentos llevados a cabo por científicos de todo el mundo, con las cifras más altas en países con pocas precipitaciones, como España. Eso obliga a los propietarios a limpiarlos regularmente o a contratar a profesionales para que lo hagan en lugares tan inaccesibles como los tejados de las casas. Por eso, los investigadores buscan soluciones automatizadas, que no sólo se encarguen de eliminar la suciedad, sino que también puedan ofrecer una mejora en el rendimiento de los paneles.

Un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Ciencias y Tecnología (NUST) de Pakistán ha desarrollado un nuevo sistema de limpieza que, además de retirar la suciedad, refrigera los módulos fotovoltaicos, lo que aumenta su eficiencia. La solución, barata y diseñada para reciclar el agua utilizada en la limpieza, se describe en un artículo publicado en la revista especializada Renewable Energy.

En qué consiste

La investigación del equipo pakistaní se centró en averiguar cómo afectan los cambios morfológicos causados por el rocío en el polvo presente en los paneles fotovoltaicos y en proponer un nuevo sistema automatizado de limpieza. Los experimentos se llevaron a cabo en las condiciones climáticas de Islamabad, capital de Pakistán, una ciudad muy árida y con abundante contaminación.

Los resultados iniciales revelaron que las pérdidas por suciedad de los módulos en ángulos de inclinación de 23°, 33° y 43° fueron del 16,20%, 14,12% y 11,64%, respectivamente. Para solventarlo, crearon un sistema de limpieza con ocho boquillas de abanico plano para rociar agua a presión, instaladas en una barra de acero fijada en la parte superior del módulo solar.

Las boquillas, que pueden alcanzar un caudal de agua de 0,49 l/m, se encargan de proporcionar un flujo uniforme de agua en la cara frontal del panel a través de un patrón de pulverización convexo. "Tras la limpieza, el agua usada se recoge y se filtra con un filtro Whatman", explicó Adeel Waqas, autor principal de la investigación, a pv magazine. Estos filtros de papel se fabrican a partir de algodón de alta calidad tratado, para alcanzar un contenido en celulosa alfa del 98% y permiten retener las partículas de polvo y suciedad, con el objetivo de eliminarlas.

Con un depósito situado al final del circuito lograron una eficacia de recuperación de agua del 85%, algo muy necesario en regiones con tendencia a la sequía, como la que estamos viviendo en España en estos últimos años. Para gestionar de forma automática el sistema de limpieza y eliminar la necesidad de intervención manual, los investigadores utilizaron una placa de Arduino como microcontrolador con una programación muy básica. 

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Los científicos probaron su nueva técnica durante 20 días en una instalación experimental de la NUST para comprobar hasta qué punto mejoraba la eficiencia de los paneles solares. "Los parámetros eléctricos y de temperatura se controlaron constantemente durante 24 horas, con intervalos de un minuto entre cada conjunto de valores", señalan en el estudio, comparando el rendimiento del sistema con el de una instalación similar sin limpiar.

Así descubrieron que los paneles fotovoltaicos limpios gracias a su método lograban hasta un 13,74% más de eficiencia. Y no sólo se debía a la ausencia de polvo o suciedad, sino a la contribución del sistema en el enfriamiento de los módulos, casi un grado centígrado más fríos que los de los paneles normales. La potencia recuperada tras 20 días de limpieza efectiva fue del 12,07%, 11,40% y 9,92% con ángulos de inclinación de 23°, 33° y 43°, respectivamente. "El sistema de limpieza automatizado, que funciona durante 5 minutos diarios con agua a presión a través de boquillas planas de abanico, recupera las pérdidas de energía debidas a la suciedad hasta en un 80%", concluyen.

"El sistema de limpieza de paneles solares propuesto puede integrarse sin esfuerzo en instalaciones fotovoltaicas solares tanto residenciales como comerciales", explicó Waqas a pv magazine. Además, los componentes y la instalación no supondrían un gran gasto, lo que permitiría amortizar la inversión en poco tiempo.

Sistema del MIT

Para limpiar los paneles solares domésticos existen otras soluciones similares a las propuestas por los científicos pakistaníes, pero quien lleva la delantera en la limpieza de los grandes parques fotovoltaicos son los robots. Otra solución con mucho futuro, ya que no utiliza agua, es un método propuesto por el prestigioso Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT). 

Uno de sus equipos de investigación apuesta por un sistema que recurre a la repulsión electrostática para evitar usar agua o contacto con las placas. Así consiguen que sean las propias partículas de polvo o granos de arena los que salten a la superficie del dispositivo de limpieza, liberando la superficie del panel.

La barra de metal que pasa cerca del panel es un electrodo que aporta carga eléctrica a las partículas. Una vez cargadas, se aplica también electricidad al panel para que las partículas reaccionen y salten, tratando de alejarse de la superficie que antes ensuciaban. Es decir, convierten el panel fotovoltaico y la suciedad que lo cubre en imanes del mismo signo para que se repelan.

"El sistema se puede operar automáticamente usando un motor eléctrico simple y rieles de guía a lo largo del costado del panel", explica el MIT en su comunicado. La investigación se ha publicado en la revista Science Advances, donde el estudiante de posgrado del MIT Sreedath Panat y el profesor de ingeniería mecánica Kripa Varanasi explican cómo han calculado el voltaje correcto para superar la atracción de la gravedad, las fuerzas de adhesión y hacer que el polvo se levante.

"Mientras la humedad ambiental sea superior al 30 por ciento, puede eliminar casi todas las partículas de la superficie, pero a medida que la humedad disminuye, se vuelve más difícil", asegura Panat.

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