Come pulire i pannelli solari senza acqua (VIDEO)
Un nuovo metodo potrebbe rimuovere la polvere dagli impianti solari nei deserti. Uno studio MIT finanziato da ENI
[24 Marzo 2022]
Entro il 2030 l’energia solare raggiungerà il 10% della produzione globale di energia e gran parte di questa produzione sarà probabilmente localizzata nelle aree desertiche. Ma l’accumulo di polvere sui pannelli o sugli specchi solari è già un grosso problema: può ridurre la produzione dei pannelli fotovoltaici fino al 30% in un solo mese, quindi, in questi impianti è essenziale fare una pulizia regolare delle installazioni. E anche questo è un bel problema, visto che si stima che attualmente si stima che la pulizia dei pannelli solari utilizzi più di 37 miliardi di litri di acqua all’anno, abbastanza per fornire acqua potabile a 2 milioni di persone. I tentativi di pulire gli impianti fotovoltaici senza acqua si sono finora rivelati laboriosi e tendono a causare graffi irreversibili delle superfici, il che riduce anche l’efficienza.
La soluzione potrebbe venire dallo studio “Electrostatic dust removal using adsorbed moisture–assisted charge induction for sustainable operation of solar panels”, supporto da Eni attraverso la MIT Energy Initiative e pubblicato recentemente su Science Advances da Sreedath Panat e Kripa Varanasi del Department of mechanical engineering del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e che presente un modo per pulire automaticamente i pannelli solari, o gli specchi degli impianti solari termici, «Con un sistema senz’acqua e senza contatto che potrebbe ridurre significativamente il problema della polvere».
Al MIT spiegano che «Il nuovo sistema utilizza la repulsione elettrostatica per causare il distacco delle particelle di polvere e il salto virtuale dalla superficie del pannello, senza bisogno di acqua o spazzole. Per attivare il sistema, un semplice elettrodo passa appena sopra la superficie del pannello solare, conferendo una carica elettrica alle particelle di polvere, che vengono poi respinte da una carica applicata al pannello stesso. Il sistema può essere azionato automaticamente tramite un semplice motore elettrico e binari di guida lungo il lato del pannello».
Varanasi fa notare che «Nonostante gli sforzi concertati in tutto il mondo per sviluppare pannelli solari sempre più efficienti, un problema banale come la polvere può effettivamente intaccare seriamente l’intera faccenda» Panat e Varanasi hanno dimostrato che «Il calo di energia in uscita dai pannelli avviene molto all’inizio del processo di accumulo di polvere e può facilmente raggiungere una riduzione del 30% dopo un solo mese senza pulizia. Anche una riduzione dell’1% della potenza, per un impianto solare da 150 megawatt, potrebbe comportare una perdita di 200.000 dollari di entrate all’anno. A livello globale, una riduzione del 3 – 4% della produzione di energia dagli impianti solari equivarrebbe a una perdita compresa tra 3,3 e 5,5 miliardi di dollari».
Varanasi ricorda che si sta lavorando molto sull’efficienza dei sui materiali solari: «Stanno spingendo i limiti, cercando di guadagnare qualche percentuale qua e là per migliorare l’efficienza, e qui abbiamo qualcosa che può cancellare tutto questo immediatamente».
Molte delle più grandi impianti di energia solare al mondo, compresi quelli in Cina, India, Emirati Arabi Uniti e Stati Uniti, si trovano nelle regioni desertiche. L’acqua usata per pulire questi pannelli solari deve essere trasportata da distante e deve essere molto pura per evitare di lasciare depositi sulle superfici. La pulizia con l’acqua rappresenta circa il 10% dei costi operativi degli impianti solari. Potenzialmente, il nuovo sistema, consentendo pulizie automatizzate più frequenti, potrebbe ridurre questi costi, migliorando al contempo la potenza complessiva in uscita.
Varanasi sottolinea che «L’impronta idrica dell’industria solare è sbalorditiva e aumenterà man mano che queste installazioni continueranno ad espandersi in tutto il mondo. Quindi, l’industria deve essere molto attenta su come rendere questa una soluzione sostenibilez.
Altri team di ricercatori hanno cercato di sviluppare soluzioni a base elettrostatica, ma facevano affidamento su uno strato chiamato schermo elettrodinamico, utilizzando elettrodi interdigitati. Varanasi spiega ancora che «Questi sistemi possono presentare difetti che consentono all’umidità di penetrare e causarne il guasto. Mentre potrebbero essere utili in un luogo come Marte, dove l’umidità non è un problema, anche negli ambienti desertici sulla Terra questo può essere un problema serio».
Il nuovo sistema che hanno sviluppato al MIT richiede solo un elettrodo, che può essere una semplice barra di metallo, per passare sopra il pannello, producendo un campo elettrico che impartisce una carica alle particelle di polvere mentre si sposta. Una carica opposta applicata a uno strato conduttivo trasparente spesso pochi nanometri depositato sulla copertura di vetro del pannello solare respinge quindi le particelle e, calcolando la giusta tensione da applicare, i ricercatori sono stati in grado di «Trovare un intervallo di tensione sufficiente per superare l’attrazione della gravità e delle forze di adesione e provocare il sollevamento della polvere».
Panat. Dice che «Utilizzando campioni di polvere in laboratorio appositamente preparati, con varie dimensioni delle particelle, gli esperimenti hanno dimostrato che il processo funziona efficacemente su un’installazione sperimentale a livello di laboratorio. I test hanno dimostrato che l’umidità nell’aria ha fornito un sottile strato di acqua sulle particelle, che si è rivelato fondamentale per far funzionare l’effetto. Abbiamo eseguito esperimenti a umidità variabili dal 5% al 95%. Finché l’umidità ambientale è superiore al 30%, è possibile rimuovere quasi tutte le particelle dalla superficie, ma quando l’umidità diminuisce, diventa più difficile».
Varanasi fa notare che «La buona notizia è che quando si arriva al 30% di umidità, la maggior parte dei deserti ricade effettivamente in questo regime. E anche quelli che sono in genere più asciutti tendono ad avere un’umidità maggiore nelle prime ore del mattino, portando alla formazione di rugiada, quindi la pulizia potrebbe essere programmata di conseguenza». Panat aggiunge: «Inoltre, a differenza di alcuni dei precedenti lavori sugli schermi elettrodinamici, che in realtà non funzionano con un’umidità elevata o addirittura moderata, il nostro sistema può funzionare con un’umidità fino al 95%, indefinitamente».
In pratica, ogni pannello solare potrebbe essere dotato di binari su ciascun lato, con un elettrodo che attraversa il pannello. Un piccolo motore elettrico, magari utilizzando una minuscola porzione dell’energia prodotta dal pannello stesso, farebbe funzionare un sistema di cinghie per spostare l’elettrodo da un’estremità all’altra del pannello, provocando la caduta di tutta la polvere. L’intero processo può essere automatizzato o controllato da remoto. In alternativa, sottili strisce di materiale trasparente conduttivo potrebbero essere disposte in modo permanente sopra il pannello, eliminando la necessità di parti mobili.
Varanasi conclude: «Eliminando la dipendenza dall’acqua trasportata su camion, eliminando l’accumulo di polvere che può contenere composti corrosivi e abbassando i costi operativi complessivi, tali sistemi hanno il potenziale per migliorare significativamente l’efficienza e l’affidabilità complessive degli impianti solari».