El impacto del polvo en los sistemas fotovoltaicos en entornos costeros áridos

Imagen: revista pv

Un equipo de investigación liderado por la Universidad Imam Abdulrahman Bin Faisal de Arabia Saudita realizó un estudio experimental sobre cómo las diferentes composiciones de polvo afectan el rendimiento fotovoltaico. El estudio examinó cuatro tipos de polvo —montmorillonita, caolinita, bentonita y polvo natural— en paneles solares que operan en entornos costeros áridos.

«Los resultados de este estudio tienen implicaciones prácticas para optimizar el mantenimiento de los sistemas fotovoltaicos en regiones costeras áridas», explicó el grupo. «Al relacionar la composición del polvo con los mecanismos de degradación, las partes interesadas pueden priorizar los programas de limpieza o seleccionar recubrimientos adaptados a los minerales predominantes. Por ejemplo, los recubrimientos hidrófobos pueden mitigar la adhesión causada por la humedad en entornos ricos en calcio, mientras que las regiones ricas en hierro podrían beneficiarse de materiales resistentes al calor».

Los experimentos se llevaron a cabo en Jubail, ciudad costera del Golfo Pérsico en Arabia Saudita, clasificada como BWh (desierto cálido) según el sistema climático de Köppen. Se utilizó un panel fotovoltaico policristalino de 20 W para las pruebas de rendimiento en exteriores entre el 9 y el 29 de septiembre de 2025. A máxima potencia, el panel suministró una corriente de 1,14 A y una tensión de 17,6 V, con una tensión de circuito abierto de 21,1 V y una corriente de cortocircuito de 1,29 A.

Las arcillas de montmorillonita, caolinita y bentonita se obtuvieron como polvos minerales comerciales y se tamizaron a un tamaño de partícula inferior a 45 μm. Se recolectaron manualmente muestras de polvo natural de superficies de vidrio expuestas a las condiciones ambientales en Jubail. La deposición de polvo se realizó en siete etapas, comenzando con una densidad superficial de alrededor de 1,0 g/m² y aumentando gradualmente hasta aproximadamente 7,0 g/m². Se tomaron mediciones después de cada etapa de deposición.

“El análisis mineralógico mediante SEM-EDX reveló perfiles de composición distintos que se correlacionan directamente con los patrones de degradación del rendimiento”, afirmaron los académicos. “El polvo natural, caracterizado por un alto contenido de sílice (25,37 %) y óxido de calcio (30,52 %), resultó ser el contaminante más perjudicial, provocando una pérdida de potencia del 48 % con una densidad de deposición de 6 g/m² debido a la combinación de la dispersión de la luz y la cementación higroscópica”.

Se observó que el polvo rico en calcio resultaba especialmente problemático en zonas costeras, donde la elevada humedad (entre el 40 % y el 65 % de humedad relativa) transforma las partículas sueltas en capas adherentes resistentes a los mecanismos de limpieza naturales. Por otro lado, el elevado contenido de hierro de la montmorillonita (62,67 %) contribuyó a la degradación térmica, elevando la temperatura de la superficie del panel a 40,4 °C y reduciendo la tensión en circuito abierto.

La humedad se reveló como un factor de amplificación crítico, más que como un factor de estrés independiente, reduciendo la eficiencia entre un 15 % y un 30 % cuando la humedad relativa superaba el 60 %. Este umbral marca la transición de la suciedad reversible a la adhesión permanente, donde las fuerzas capilares unen las partículas de polvo a la superficie fotovoltaica con la suficiente fuerza como para resistir la acción del viento, explicaron los investigadores. El análisis diurno reveló que la generación de energía óptima se produce durante las horas de baja humedad de la mañana (de 8:00 a 11:30 h, con una eficiencia del 12 % al 13 %), mientras que por la tarde se experimentan pérdidas de eficiencia del 20 % al 25 %.

El equipo también descubrió que la contaminación por partículas influía significativamente en la degradación del rendimiento, y que el Índice de Calidad del Aire (ICA) mostraba una correlación negativa más fuerte con la eficiencia que la humedad por sí sola. «Con niveles de ICA superiores a 160, los efectos combinados de la dispersión de la luz por los aerosoles en suspensión y la suciedad superficial reducían la eficiencia de conversión por debajo del 10 %, incluso con densidades de deposición de polvo moderadas (3-4 g/m²)», concluyeron.

Sus hallazgos se encuentran disponibles en el artículo « Estudio experimental y de modelado del impacto de la composición del polvo en el rendimiento fotovoltaico en entornos costeros áridos », publicado en la revista Journal of Materials Research and Technology. Científicos de la Universidad Imam Abdulrahman Bin Faisal de Arabia Saudita , la Autoridad de Energía Atómica de Egipto y la Universidad Ain Shams de Egipto participaron en el estudio.