Por qué sus paneles solares odian el jabón para platos: una inmersión técnica profunda en la química de la limpieza

La limpieza de los paneles solares del sistema fotovoltaico generalmente parece muy sencilla para muchos propietarios de paneles solares debido al aparente razonamiento detrás de esto. Los paneles sucios generalmente producen más energía que los limpios simplemente porque tienen menos suciedad y, por lo tanto, producen menos energía que su condición original antes de ensuciarse, por lo que limpiarlos con un detergente doméstico común, como jabón para platos, debería devolver los paneles a sus niveles de rendimiento originales. Sin embargo, una investigación realizada en la Universidad de Turku, Finlandia, llegó a una conclusión inesperada sobre el producto al que recurre instintivamente la mayoría de las personas después de limpiar sus paneles solares; El jabón para platos en realidad puede hacer justo lo contrario de lo que desea lograr y, al hacerlo, puede degradar aún más el resultado.

Este hallazgo es importante más allá de ser una simple nota a pie de página; Servirá como una lección importante para quienes mantendrán sus sistemas fotovoltaicos en el futuro. Específicamente, este hallazgo ilustra cómo se debe entender la interacción entre la física de la luz y la química de la superficie para mantener adecuadamente cualquier material de sistema fotovoltaico.

El revestimiento de los paneles solares tiene un papel muy importante ya que evita que la luz del sol se refleje en las superficies del panel; sin el revestimiento, aproximadamente el cuatro por ciento de la luz incidente se reflejaría en la superficie del panel; por lo tanto, sin el recubrimiento, habría una pérdida sustancial de fotones que las células solares no podrían convertir en corriente eléctrica. El revestimiento es muy fino (frecuentemente medido en nanómetros) y su destreza óptica sólo permanecerá intacta si las superficies del panel se mantienen en un estándar muy preciso.

Cuando agregas jabón a esta ecuación, no estás simplemente agregando jabón al agua y al jabón. Está creando una solución compleja de tensioactivos, desengrasantes, fragancias, conservantes y, a menudo, cloruro de sodio (sal) como espesante. Si bien estos materiales funcionan bien para disolver las grasas de los platos, cuando se utilizan en una superficie antirreflectante-hecha por el hombre, puede producirse una interacción mucho más compleja.

Las investigadoras Julianna Varjopuro y Kati Miettunen de la Universidad de Turku han realizado una serie de pruebas con muestras de vidrio fotovoltaico en un estudio finlandés. Los investigadores compararon el jabón para platos con una variedad de otros productos de limpieza, incluidos etanol, acetona, isopropanol, un detergente especial elaborado específicamente para limpiar paneles solares y un limpiador de ventanas común. Se utilizaron dos métodos de prueba diferentes; el primero implicó limpiar las muestras sumergiéndolas en diversos agentes de limpieza durante un período prolongado de tiempo; el segundo implicó el crecimiento de algas en la superficie del vidrio para replicar las condiciones de limpieza de la vida real. Se midió la luz de una gran cantidad de rangos de longitud de onda utilizando un espectrofotómetro para ver cuánta luz se transmitía después de cada método de limpieza. Los resultados fueron claros-.

Sobre vidrio limpio, la mayoría de los productos mantuvieron o mejoraron ligeramente la transmisión de luz. Sin embargo, el jabón para platos redujo la transmisión en aproximadamente un 1%. En el vidrio que se había manchado con algas y luego se había limpiado, la disparidad se amplió: el jabón para platos dejó una pérdida de transmisión persistente de casi el 4% en comparación con las superficies limpiadas adecuadamente. Esto se traduce directamente en producción de electricidad:-una reducción del 3 al 4 % en el rendimiento energético, simplemente por usar el detergente incorrecto.

Fundamentalmente, el análisis microscópico reveló que el revestimiento anti-antirreflectante en sí no estaba físicamente degradado ni grabado. El problema no era un daño permanente sino un residuo persistente. El jabón para platos dejó una película que, aunque invisible a simple vista, fue suficiente para alterar las propiedades ópticas del vidrio. Incluso un enjuague minucioso no logró restaurar completamente los niveles de transmisión originales.

¿Por qué el jabón para platos se comporta de manera diferente a otros limpiadores? La respuesta está en su formulación química. Los jabones para platos están diseñados para adherirse a las superficies-por eso levantan eficazmente la grasa de los platos pero también requieren un enjuague minucioso. A menudo contienen tensioactivos que dejan una película hidrófila o hidrófoba según la fórmula.

Cuando se aplican al vidrio anti-reflectante, estos residuos llenan los poros microscópicos del revestimiento o crean una película uniforme que cambia el índice de refracción en la superficie. El revestimiento anti-funciona creando una transición gradual en el índice de refracción entre el aire y el vidrio. Cualquier material extraño depositado sobre él altera este gradiente, restaurando efectivamente las pérdidas por reflexión que el recubrimiento fue diseñado para eliminar.

A diferencia del alcohol isopropílico y los limpiacristales profesionales, el etanol y la acetona también son muy eficaces, pero hay que utilizarlos con precaución debido a su potencial de provocar reacciones químicas con los materiales de marco o sellado. Este estudio ha demostrado que todos estos agentes de limpieza volátiles y productos-diseñados específicamente para la limpieza fotovoltaica no dañan el rendimiento óptico.

Como resultado de estos hallazgos, aquí hay algunas recomendaciones para el propietario de sistemas fotovoltaicos tanto residenciales como comerciales:

Evite por completo el uso de jabón para platos.Aunque los paneles solares pueden parecer limpios después-de su uso con jabón para platos, el jabón deja un residuo invisible que seguirá inhibiendo el rendimiento hasta que se elimine de forma natural a través de la intemperie (lluvia, rayos UV y exposición al viento). En algunas áreas del mundo con precipitaciones mínimas, como la parte suroeste de los EE. UU., los residuos de detergente pueden permanecer en los módulos hasta por 6 meses.

Utilice únicamente productos de limpieza recomendados.Los productos de limpieza que contienen alcohol isopropílico (generalmente una concentración del 70% o más) o productos comercializados específicamente para limpiar vidrio pero que no contienen acondicionamiento ni cera son seguros de usar. Las soluciones-diseñadas específicamente para limpiar paneles solares pueden tener un precio más alto; sin embargo, la química de dichos productos se ha desarrollado específicamente para su uso en revestimientos anti-reflectantes.

Utilice agua de la más alta calidad posible cuando utilice agua sola.Lo ideal es utilizar agua desionizada o destilada. Si utiliza agua del grifo para limpiar, dejará residuos minerales en el módulo solar y estos residuos podrían acumularse con el tiempo y limitar la cantidad de luz transmitida a través de esa área.

Considere cuidadosamente los métodos mecánicos.Se aceptan cepillos o escobillas de goma suaves; Las herramientas abrasivas pueden rayar el vidrio o el revestimiento, causando daños permanentes no relacionados con la química de limpieza.

La investigación finlandesa respalda investigaciones simultáneas que está llevando a cabo el Centro Fraunhofer de Energía Fotovoltaica de Silicio en Alemania, las cuales han demostrado que muchas de las soluciones de limpieza comúnmente utilizadas causarán daños a largo plazo-a los revestimientos anti-reflectantes de los paneles solares. En conjunto, demuestran un reconocimiento cada vez mayor dentro de la industria de que las acciones de mantenimiento no ocurren en el vacío; como tales, influirán en la longevidad del rendimiento de los paneles solares a partir de la instalación de un sistema.

Una pérdida de eficiencia del 3 al 4 % debido a una limpieza inadecuada puede no parecer catastrófica para un observador casual. Sin embargo, para una instalación comercial que genera miles de kilovatios-hora al año, eso representa una pérdida financiera significativa con el tiempo. Para los sistemas residenciales, puede significar la diferencia entre cumplir con las expectativas energéticas y preguntarse por qué la producción parece menor que la de las instalaciones vecinas.

La tentación de utilizar lo que ya está debajo del fregadero de la cocina es comprensible. Pero como demuestra esta investigación, la conveniencia tiene un costo. Elegir el agente de limpieza adecuado no requiere formación especializada-sólo conocimiento. Y en la energía solar, donde los márgenes y el rendimiento-a largo plazo son importantes, decisiones tan pequeñas tienen consecuencias mensurables.