Suciedad en placas solares: tipos, cómo afecta al rendimiento y qué hacer

Los paneles solares pueden perder eficiencia cuando su superficie se ensucia. La cantidad de energía que se pierde y el daño que se causa dependen del tipo de suciedad, de su espesor y de las condiciones ambientales. En este artículo vamos a analizar datos científicos sobre la pérdida de energía debido a la suciedad, los riesgos de la acumulación de suciedad a largo plazo, los métodos y tecnologías de limpieza, y las mejores prácticas para el mantenimiento de instalaciones solares tanto comerciales como residenciales.

¿Por qué se ensucian los paneles solares?

Los paneles solares se ensucian debido a su exposición a la intemperie y a los efectos de elementos como la lluvia, el viento, la nieve además de la contaminación ambiental.

¿Qué tipos de suciedad existen?

Los diferentes tipos de suciedad que se suelen depositar en la superficie (vidrio) de un módulo fotovoltaico pueden reducir significativamente la potencia de salida. Los tipos de suciedad más frecuentes y el impacto negativo que tienen en un panel solar se resumen a continuación.

• Polvo y arena
• Polen y películas orgánicas
• Contaminación ambiental y hollín
• Excrementos de aves y hojas
• Nieve y hielo

Polvo y arena

Una fina capa de polvo puede provocar caídas de eficiencia del 5 al 25 %, incluso en climas no extremos. En regiones muy secas y con mucho polvo (como poblaciones cercanas a desiertos), el impacto es aún mayor. Hay ejemplos de paneles que se dejaron sin limpiar durante dos meses en Arabia Saudí y perdieron alrededor del 28 % de su producción debido a la acumulación de polvo.

En casos extremos, si se produce una gran acumulación de polvo (por ejemplo, 5 mg de polvo por cm² de panel) puede reducir la producción de energía aproximadamente a la mitad. Y lo que es peor, con el tiempo, el polvo puede acumularse en capas gruesas si no llueve mucho, en lugar de esparcirse, lo que puede provocar pérdidas muy importantes y provocar la generación de puntos calientes.

Polen y películas orgánicas

Incluso en regiones donde llueve mucho, el polen y otras partículas orgánicas pueden adherirse a la superficie de los paneles solares y reducir la cantidad de electricidad que producen. Un estudio realizado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) descubrió que el rendimiento de los módulos fotovoltaicos disminuía hasta un 15 % durante la temporada alta de polen.

El NREL indicó que la lluvia no es suficiente para limpiar completamente el polen de los paneles solares ,y por este motivo, después de la temporada de polen, los paneles seguían estando un 10 % por debajo de su rendimiento “limpio” hasta que se pudieron lavar manualmente. La formación de películas orgánicas (como las algas o el moho) también se puede formar en paneles FV que estén constantemente húmedos y provocar pérdidas de producción de entre un 13 y un 15 %.

Contaminación ambiental y hollín

En las zonas urbanas o industriales, los contaminantes atmosféricos (niebla tóxica, hollín, gases de tubos de escape de los vehículos) depositan películas y partículas sucias sobre los paneles. Esta suciedad puede llegar a ser incluso aceitosa o pegajosa y puede reducir la cantidad de luz que atraviesa el vidrio del panel fv. Aunque las pérdidas exactas pueden variar según que casos, la suciedad en entornos contaminados suele provocar una pérdida de producción de un pequeño porcentaje (2-5%) pero puede ser mayor si se combina con el polvo.

Por ejemplo, la ceniza de los incendios forestales puede cubrir repentinamente los paneles de ceniza y hollín, provocando una fuerte caída de la producción. Las zonas costeras además pueden sufrir los efectos de la niebla salina que dejan un residuo que dispersa la luz. Aunque la niebla salina no suele bloquear tanta luz solar como el polvo, crea una película persistente que también puede reducir la producción si no se limpia.

Excrementos de aves y hojas

La suciedad concentrada, como los excrementos de aves o las hojas caídas, cubre pequeñas secciones de un panel, pero puede tener un efecto muy negativo. Un excremento de pájaro puede cubrir una célula fv o solo una parte de ella y esto puede reducir la potencia de salida de un panel en aproximadamente un 30 % o más al entrar en funcionamiento el diodo de bypass (diodos de derivación).

Si los paneles fv están conectados en serie, también puede reducir el rendimiento de los otros paneles en la cadena de la serie en la misma proporción. Además los excrementos de pájaro son espesos y cuando se secan no se lavan fácilmente con la lluvia. Las hojas u otros restos de suciedad que cubren partes de un panel fv provocan un efecto de “sombra dura” (permanente), reduciendo la generación de las células cubiertas y activando los diodos de derivación que reducen la potencia de todo el panel o cadena.

Nieve y hielo (en climas fríos)

La nieve se puede considerar como una forma extrema de suciedad. Una capa gruesa de nieve puede bloquear completamente la luz solar y detener la producción de energía. Por lo general, los paneles solares producen poco cuando están bajo una capa de nieve considerable hasta que la nieve se desliza o se derrite. En el lado positivo es que la nieve derretida puede limpiar el cristal del panel ya que al deslizarse, arrastra la suciedad acumulada (similar a un parabrisas de coche que queda limpio después de que la nieve se derrita). De hecho, las nieves invernales a veces dejan los paneles más limpios que antes, eliminando el polvo y la suciedad que se habían acumulado.

Como resumen podemos ver (en la imagen siguiente) el efecto de la acumulación de polvo en la producción de un pequeño panel solar (prueba de laboratorio realizada por Science Advances). Fíjate que incluso la acumulación de un par de miligramos de polvo por cm² provocan una fuerte caída de potencia. Con una acumulación de 5 mg/cm², el polvo puede reducir la producción del panel solar aproximadamente a la mitad. En niveles elevados de polvo (22 mg/cm²), la producción se aproxima casi a cero. Esto demuestra lo importante que es mantener los paneles limpios para asegurarse de que funcionan lo mejor posible.

¿Cómo afecta la suciedad al rendimiento de las placas solares?

Además de la pérdida temporal de energía, la suciedad puede ser peligrosa para los propios paneles por motivos como los siguientes.

• Puntos calientes y daños en las células: La suciedad concentrada (cuando una parte de un panel está más sucia mientras que el resto está limpio) puede dar lugar a puntos calientes. Las células cubiertas de suciedad reciben menos luz, pero tienen que transportar la misma corriente que las demás celdas (en una cadena en serie), lo que hace que funcionen en polarización inversa y se calienten al igual que una resistencia. Los excrementos de pájaros, la acumulación de suciedad en los bordes o las sombras de las hojas son las causas comunes de este sobrecalentamiento localizado.
• Corrosión: Además cuando las aves defecan en los paneles solares, los excrementos pueden calentarse mucho bajo el sol y esto es corrosivo y puede dañar el vidrio y las células que hay debajo del panel). La suciedad relacionada con la contaminación ambiental también puede ser ácida (lluvia ácida o los contaminantes industriales) y puede degradar lentamente los revestimientos de vidrio o los marcos de aluminio. En las zonas costeras, los depósitos de sal de las salpicaduras del mar pueden atraer la humedad y favorecer la corrosión en el marco del panel o en las conexiones eléctricas si no se limpian.
• Abrasión: Las partículas de polvo y arena son abrasivas, por lo que si limpias un panel solar con un paño seco y hay arena sobre él, puede ser como frotar con papel de lija. Esto puede rayar el vidrio, lo que puede reducir la cantidad de luz solar que llega a las células y disminuirá la eficiencia del panel. Por lo que es mejor evitar la limpieza en seco con polvo porque puede dañar los paneles solares.
• Tensión mecánica y grietas: La acumulación de suciedad puede causar un calentamiento desigual en un panel (puntos calientes), y los ciclos térmicos repetidos de esas áreas calientes pueden causar microfracturas en las células o en las soldaduras por la alta temperatura focalizada. La suciedad densa a lo largo de los bordes o marcos del panel también puede perjudicar a la la disipación de calor en esas regiones. Aunque el riesgo mecánico más importante de la “suciedad” es la de la acumulación de nieve por que puede suponer mucho peso extra que soportar para el panel fotovoltaico. Más aún si los paneles no se instalan con la inclinación adecuada, por qué la nieve puede acumularse más y varios centímetros de nieve húmeda pueden ejercer presión y causar pequeñas grietas en las células fotovoltaicas porque el vidrio se puede doblar ligeramente, más aun si el peso no se distribuye uniformemente. En casos extremos, la nieve y el hielo pueden incluso deformar los marcos o los soportes de los paneles.

Es poco frecuente, pero si los paneles no se cuidan adecuadamente y están cubiertos de cosas como hojas secas, excrementos de aves o nidos de pájaros, existe riesgo de incendio. Ha habido casos en los que la hojarasca seca o los nidos de pájaros debajo de los paneles se han incendiado, por paneles con puntos calientes y por fallos eléctricos. Del mismo modo, una caja de conexiones sobrecalentada (causada por una alta resistencia, que podría estar relacionada con la tensión inducida por la suciedad) podría prender fuego a los residuos.

¿Cuánta producción de energía se puede perder?

La suciedad en los paneles solares puede reducir la cantidad de energía que producen. La cantidad de energía que se pierde depende de lo sucios que estén los paneles, del clima y del tiempo que haya pasado desde la última vez que se limpiaron.

Las pérdidas por suciedad se pueden calcular utilizando el índice de suciedad (SR) y la pérdida por suciedad (SL):

• Índice de suciedad (SR): Es la relación entre la potencia de salida de un panel sucio y la potencia de salida de un panel limpio.
• La pérdida por suciedad (SL): es la fracción de energía perdida debido a la suciedad. Se calcula como SL = 1 - SR.

En regiones áridas, las pérdidas de energía debidas a la acumulación de polvo pueden alcanzar hasta el 15 %. En largos períodos sin lluvia, las pérdidas diarias de energía pueden superar el 20 %. Por el contrario, en zonas con lluvias regulares, la limpieza natural puede reducir estas pérdidas.

Veámoslo con un ejemplo.

Consideremos un panel solar totalmente limpio con una potencia de 400 vatios.

• Panel solar limpio (suciedad 0 mg/cm²): Su potencia es la nominal, de 400W en nuestro caso.
• Panel parcialmente sucio (suciedad 2,9 mg/cm²): Con una concentración de suciedad de aproximadamente 3 mg/cm², la producción del panel solar cae alrededor de un 50%.

Potencia con pérdida= 400 W x 0,05 = 200W

Por lo que la potencia de nuestro panel parcialmente sucio sería de 200W.

Una concentración de suciedad de 2,9 mg/cm² es como la capa de polvo que suele encontrarse en el parabrisas o el capó de un coche si ha estado aparcado al aire libre sin lavar durante varias semanas en una zona con tráfico moderado o cerca de actividades agrícolas. Para entendernos, se podría escribir claramente en él con el dedo.

• Panel muy sucio (suciedad 22,4 mg/cm²): Con una concentración de suciedad de aproximadamente 22,4 mg/cm², la producción del panel solar cae alrededor de un 95%. Potencia con pérdida = 400 W x 0,05 = 20W. Por lo que la potencia de nuestro panel parcialmente sucio sería de solo 20W. Una suciedad de esa concentración es la equivalente a la de un coche aparcado durante varios meses en un entorno extremadamente polvoriento, como una zona desértica, una obra abandonada o cerca de una fábrica de cemento. La superficie estaría completamente cubierta de polvo, hasta el punto de que sería imposible identificar el color original bajo el polvo.

¿Pueden aparecer puntos calientes (hot spots)?

Si, pueden aparecer puntos calientes (hot-spots) debido al efecto de “sombra dura” de suciedad concentrada. Esto hace que la célula trabaja en polarización inversa y se comporta como una resistencia. Las consecuencias son, con el paso del tiempo, una gran quemadura en el panel y que puede, en casos extremos, provocar incendios.

¿Se estropean los paneles solares por mantenerlos sucios?

Si, los paneles solares se estropean si se mantienen siempre sucios. La abrasión, la concentración de suciedad, la aparición de puntos calientes y la degradación del panel fotovoltaico van siempre de la mano.

¿Cuándo y cómo limpiar las placas solares?

Para mantener los paneles solares limpios y eficientes, es esencial una limpieza regular, cada 3-6 meses aproximadamente, dependiendo de las condiciones locales. Puedes utilizar agua filtrada o purificada con un cepillo suave o un paño de microfibra para evitar arañazos, y limpia siempre a primera hora de la mañana o a última de la tarde para evitar el estrés térmico.

En zonas polvorientas o contaminadas o con dificil acceso o sistemas fotovoltaicos de grandes dimensiones, es recomendable instalar sistemas de limpieza robóticos automatizados o de aplicar revestimientos hidrofóbicos repelentes de la suciedad que reduzcan significativamente la frecuencia de mantenimiento.

¿Puede la lluvia limpiar mis placas solares?

El agua de lluvia puede limpiar las placas solares siempre y cuando no sea suciedad muy incrustada. Bien es cierto que en localizaciones con lluvias frecuentes ayuda a ablandar esa suciedad y puede limpiarla por completo, pero la lluvia muy frecuente también puede provocar la aparición de mohos y algas que forman una película orgánica sobre la superficie del panel.