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Mantener las matrices de energía solar del desierto libres de polvo

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El sistema de autolimpieza NOMADD [Fuente de imagen: NOMADD Desert Solar]

Imagine un entorno quemado por temperaturas de 50 ° C todos los días, que descienden a 40 ° C por la noche, con vientos intensos y polvo espeso que dificulta la respiración. Estas condiciones son, por supuesto, algo normal en los desiertos de todo el mundo. Sin embargo, los desiertos, dados sus altos niveles de irradiancia solar, son un lugar perfecto para la generación de energía solar, es decir, excepto por un problema importante: el polvo.

Según la empresa NOMADD desert solar de los Emiratos Árabes Unidos (EAU), la acumulación de arena y polvo es uno de los mayores desafíos técnicos que enfrentan los paneles de energía solar construidos en el desierto. Crea una pérdida de rendimiento de referencia diaria de 0-4 a 0,8 por ciento y las pérdidas de rendimiento de energía del 60 por ciento se informan ampliamente durante y después de las tormentas de arena. Además, si se deja in situ durante más de un día, las partículas de polvo se adhieren a los paneles.

Hasta ahora, las operaciones de limpieza del polvo se han basado en una variedad de enfoques, todos ellos insatisfactorios. Estos han incluido mano de obra humana, que es cara y poco fiable; limpiar con agua, que es un desperdicio en áreas de alto estrés hídrico; equipos complejos y sensibles que tienden a fallar en condiciones difíciles; y ciclos de limpieza de 7-14 días, lo que aumenta las pérdidas de producción por vulnerabilidad a polvo adherido y tormentas de polvo. Estos enfoques tienden a generar altos gastos operativos y dependen de mercados laborales humanos volátiles.

Las duras condiciones aseguran el fracaso de las operaciones de limpieza manual, por la sencilla razón de que en muchos entornos desérticos, es imposible funcionar físicamente durante un período prolongado de tiempo durante el día o la noche. El agua no siempre está disponible y los suministros pueden ser vulnerables a interrupciones o costos crecientes.

Por lo tanto, una operación de limpieza de paneles solares en el desierto debe cumplir ciertos criterios. Por ejemplo, debe poder limpiar toda la matriz a gran velocidad, normalmente en menos de un día, independientemente del tamaño de la matriz. Esto requiere automatización, eliminando todos los problemas asociados con la mano de obra. La solución debe poder eliminar el polvo sin usar agua pero sin rayar la superficie de los paneles. También debe ser de origen local, simple y resistente.

Durante un tiempo, en 2013 y 2014, un equipo de investigadores de la Universidad de Boston (BU) estuvo trabajando en un dispositivo autolimpiante llamado sistema electrodinámico transparente (EDS) que potencialmente se puede incorporar en una matriz de paneles solares, incrustados en los paneles. por sí mismos o aplicados a las superficies de los paneles mediante una película serigrafiada. El dispositivo funciona con una pequeña carga eléctrica, generada por los propios paneles, para elevar las partículas de polvo de las superficies del panel. Las pruebas realizadas hasta ahora han demostrado que el dispositivo puede erradicar el 90 por ciento de las partículas de arena y polvo depositadas en las superficies de los paneles solares.

El investigador principal, el profesor Malay Mazumder, desarrolló la idea a partir del ejemplo de los pulmones humanos, que tienen pelos autolimpiantes que eliminan el polvo del sistema respiratorio. Mazumber creía que podía aplicar esta idea a otros sistemas.

La idea llamó la atención de la NASA en 2003. Estaban buscando un sistema que pudiera limpiar los equipos de polvo cósmico en futuras misiones a Marte, por lo que entregaron a Mazumder una subvención de tres años de $ 750,000 para desarrollar aún más el proyecto. Más fondos llegaron de la Oficina de Desarrollo Tecnológico de BU, que le otorgó 50.000 dólares de financiación del Ignition Award como medida temporal. Una presentación realizada en la conferencia de la American Chemical Society en Boston en 2010 resultó en artículos publicados en el New York Times y el Telegrafo diario. A continuación, Mazumder fue contactada por Abengoa Solar, una empresa que se especializa en energía solar fotovoltaica y energía solar concentrada (CSP) con operaciones en la estación generadora Solana en Gila Bend en Arizona y el Proyecto Mojave Solar en Barstow, California. Por lo que se sabe en la actualidad, el dispositivo aún está en desarrollo.

Otra opción ha sido desarrollada por Seamus Curran, profesor asociado de física en la Universidad de Houston y director del Instituto de NanoEnergía, que se especializa en el diseño, ingeniería y ensamblaje de nanoestructuras. Curran y su equipo de nanofísica también han desarrollado un sistema de autolimpieza, que consiste en un material nanohidrofóbico que recubre el panel, evitando la acumulación de polvo y protegiéndolo contra las manchas de agua y la intemperie. El recubrimiento forma una barrera que evita que el agua se adhiera a la superficie; en cambio, se desliza fuera de la superficie, llevando el polvo y la suciedad consigo.

El revestimiento ha sido probado en el Instituto FOCAS, parte del Instituto de Tecnología de Dublín en Irlanda y funciona en climas marinos, así como en entornos con mucho polvo.

Otro enfoque es el adoptado por la planta solar Ketura Sun de 20 acres en el desierto de Negev de Israel, operada por Siemens AG y Arava Power. Para ello se utiliza una flota de 100 robots Ecoppia E4 montados en un marco que se mueve lateralmente a lo largo de las superficies del panel mientras los robots se mueven hacia arriba y hacia abajo durante la operación de limpieza. Los robots usan cepillos giratorios para limpiar los paneles, cada cepillo tiene microfibras suaves para evitar rayones. También tienen sus propios mini paneles solares instalados para autogenerar la energía que necesitan para el proceso de limpieza, en lugar de extraerla de la matriz solar. Ecoppia dice que este enfoque puede eliminar el 99 por ciento del polvo acumulado sin la necesidad de valiosos suministros de agua.

Robot Torresol Energy HECTOR en la planta de Gemasolar, Sevilla, España [Fuente de imagen: Video de Torresol Energy]

El sistema de limpieza NOMADD y la planta Gemasolar de Torresol Energy, cerca de Sevilla, España, adoptan un enfoque similar. El sistema NOMADD fue diseñado, desarrollado y probado por NOMAD Desert Solar en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah, (KAUST) cerca de Jeddah, Arabia Saudita.

NOMADD (Dispositivo de limpieza automático mecánico sin agua) es de costo relativamente bajo y está diseñado para su uso en la región de Oriente Medio y África del Norte (MENA). A diferencia del enfoque de Torresol Energy, que utiliza una pequeña cantidad de agua aplicada por sus robots HECTOR, el sistema NOMADD es completamente libre de agua.

En la actualidad, estos dos enfoques, robots y cargas electrostáticas, parecen ser las dos vías más prometedoras para la autolimpieza de los sistemas de energía solar del desierto, pero la tecnología se está desarrollando todo el tiempo y varios proyectos aún están en desarrollo.

Eso significa que podría haber algunas soluciones aún más innovadoras en el futuro cercano.


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