Se revela un enfoque innovador: predecir la vida útil de los módulos solares en medio de la erosión de la arena

El 24 de febrero de 2025, surgieron noticias emocionantes en el campo de la investigación sobre energía solar. Un grupo de investigadores en Argelia logró avances significativos en el estudio de la durabilidad de los módulos solares en entornos arenosos. Diseñaron un nuevo banco de pruebas y formularon una ley de aceleración única que considera dos factores cruciales: la velocidad del viento y la densidad de la arena. Esta novedosa metodología se probó en cuatro módulos fotovoltaicos (FV), y los resultados fueron notables, indicando una vida útil de hasta 47 años considerando el impacto de la arena.

Esta investigación abarca diversas áreas importantes de la industria de la energía solar, como la fabricación, la evaluación de la calidad de los módulos, la gestión de problemas de suciedad y la I+D tecnológica en general. Constituye una contribución significativa, especialmente para regiones como Argelia, en el norte de África, donde los paisajes desérticos son extensos y el potencial de la energía solar es enorme, pero se ve afectado por la erosión de la arena.

Científicos argelinos propusieron un innovador banco de pruebas de envejecimiento acelerado específico para módulos fotovoltaicos y desarrollaron una ley de aceleración inédita, adaptada a la degradación inducida por la erosión de la arena. Abdelkader Elkharraz, autor correspondiente, comentó a pv magazine: «Nuestra investigación se distingue de los modelos existentes. Hemos introducido una ley diseñada exclusivamente para la erosión de la arena. Al incorporar la velocidad del viento y la densidad de la arena, podemos predecir la vida útil de los módulos en entornos desérticos con mucha mayor precisión».

En las regiones desérticas, la erosión por arena es una de las mayores amenazas para la fiabilidad de los módulos fotovoltaicos. El impacto continuo de las partículas de arena, impulsadas por fuertes vientos, causa daños tanto mecánicos como ópticos en la superficie del módulo. Este daño se manifiesta de diversas formas: la capa protectora de vidrio se desgasta, el revestimiento antirreflectante se raya y se acumula polvo y residuos. Todos estos factores se combinan para reducir la transmisión de luz y, en última instancia, la potencia total de salida de los módulos.

El banco de pruebas, construido a medida, es una maravilla de la ingeniería. Permite a los investigadores controlar con precisión los parámetros que influyen en la erosión de la arena. Cuenta con un mecanismo de alimentación de arena que ajusta su densidad, un ventilador de velocidad variable para regular la velocidad del viento y una plataforma de rotación que asegura que los módulos estén expuestos a la arena desde todos los ángulos. Para que las pruebas fueran más representativas de las condiciones reales del desierto, se utilizó arena procedente de zonas de desertificación. Este tipo de arena tiene granos más grandes e irregulares, lo que intensifica la erosión.

El equipo de investigación seleccionó cuatro módulos fotovoltaicos de silicio monocristalino para las pruebas. Dos de ellos eran módulos Dinel Solaire nuevos de 100 vatios, mientras que los otros dos eran módulos Visel de 80 vatios previamente utilizados. En la condición de prueba 1, los módulos se sometieron a una densidad de arena de 5,8 g/m³ y una velocidad del viento de 12 m/s. La condición de prueba 2 fue aún más rigurosa, con una densidad de arena de 10,3 g/m³ y una velocidad del viento de 15 m/s. Según los investigadores, la condición 1 simuló un entorno de aceleración riguroso, y la condición 2 representó un entorno aún más severo y acelerado.

La nueva ley de aceleración, denominada Ley de Elkharraz-Boussaid en honor a sus creadores, tiene en cuenta la velocidad del viento y la densidad de la arena. Calcula el tiempo medio hasta el fallo (MTTF), que indica el tiempo promedio que un sistema puede operar antes de fallar en condiciones específicas. Al combinarse con un programa de análisis de datos basado en lógica difusa, el modelo puede determinar el factor de aceleración (FA). El FA es una métrica crucial, ya que cuantifica la relación entre la tasa de degradación en condiciones de prueba aceleradas y la de escenarios reales.

El profesor Elkharraz explicó: «Correlacionamos los datos recopilados con datos eólicos reales de una planta solar en Adrar, Argelia. Este completo conjunto de datos se utilizó para estimar la vida útil real de estos módulos en condiciones típicas de funcionamiento en el desierto».

Los resultados fueron bastante reveladores. En la región de Adrar, Argelia, su modelo, junto con el programa de análisis de datos basado en lógica difusa, predijo que los módulos VISEL tendrían una vida útil significativamente mayor, de 46,8 años, en comparación con los módulos DINEL, cuya duración se estimó en 31,6 años. Las tasas de degradación anual también respaldaron estos hallazgos: los módulos VISEL mostraron una tasa del 0,64 % y los módulos DINEL del 1,38 %. Estas tasas coinciden con la investigación existente, lo que destaca el potencial del modelo para pronosticar con precisión la vida útil de los módulos en zonas con riesgo de arena.

Los resultados de la investigación se publicaron en "Una novedosa ley de aceleración para la degradación por erosión de arena de módulos fotovoltaicos" en la revista Renewable Energy. Científicos de la Universidad Ahmed Draia de Adrar (Argelia), la Universidad Medea y el Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CDER) colaboraron en esta investigación pionera.