El rendimiento solar, es decir, el producto de la radiación solar específica por metro cuadrado y la potencia máxima de un módulo solar, disminuye, por un lado, porque las partículas de aire absorben la radiación a gran altitud, como demuestra ahora un nuevo estudio. Por otro, porque las partículas finas de polvo se depositan en los propios módulos fotovoltaicos y los contaminan. Sin embargo, la limpieza frecuente de los módulos solares conlleva el riesgo de dañar mínimamente su superficie. Entonces, ¿cómo reducen la contaminación atmosférica y las partículas la generación de energía de los módulos solares?
Menor radiación solar específica debido al aire contaminado
Científicos chinos del Instituto de Física Atmosférica de la Academia China de Ciencias han confirmado en su estudio que el aire contaminado dispersa o absorbe la luz solar. Esto significa que llega menos luz solar a la superficie terrestre y que hay menos radiación solar específica.
Es especialmente sensible que cuanto más pequeñas son las partículas finas de polvo, más nocivos son sus efectos. Es cierto que la intensidad de la radiación solar fluctúa con el tiempo. Sin embargo, además de la nubosidad, las partículas de aerosol liberadas, las cenizas o el polvo también pueden refractar o dispersar la luz solar.
Los investigadores descubrieron que, a medida que aumenta la contaminación atmosférica, también aumenta la proporción de radiación dispersa respecto a la global, lo que significa que menos luz solar llega finalmente a la superficie terrestre. Además, cuanto mayor es la concentración de partículas, más se reduce la penetración directa de la radiación solar en la superficie terrestre. Al mismo tiempo, una mayor contaminación atmosférica también aumenta el potencial de dispersión.
En diferentes condiciones meteorológicas y lumínicas y con distintos grados de contaminación atmosférica, se investigó cómo afecta esto a la radiación solar. La radiación solar que incide sobre la superficie terrestre -la SSR (radiación solar superficial)- es la verdadera fuente de energía de los sistemas fotovoltaicos.
El rendimiento solar es menor en los sistemas fotovoltaicos urbanos en particular
Las conclusiones de este estudio apuntan, por tanto, a las dificultades potenciales a las que se enfrenta la generación de energía solar, y no sólo en China, y hacen que el cambio a las energías renovables no sea menos desafiante.
Ya en 2017, científicos de la American Chemical Society investigaron los efectos de las partículas en la atmósfera sobre la radiación solar específica por kilómetro cuadrado. En China y la India, los investigadores descubrieron entre un 17 % y un 20 % menos de producción de energía fotovoltaica. Extrapolado, esto significa que las partículas son actualmente responsables de una reducción de la producción solar de hasta 1 gigavatio en la India. En China, hasta 10 gigavatios de energía solar no se generan debido al aire contaminado. El rendimiento solar es correspondientemente menor.
Las partículas procedentes de la actividad humana son especialmente dramáticas
Aunque una gran parte de las partículas depositadas proceden del polvo y la suciedad, el polvo fino producido por actividades humanas como la quema de combustibles fósiles es mucho más problemático. Estas partículas suelen ser muy pequeñas. También son difíciles de limpiar, ya que suelen ser pegajosas. Sin embargo, cuanto más a menudo se limpien los módulos solares, mayor será el riesgo de dañar estas superficies tan sensibles.
Los investigadores no son ni mucho menos los únicos en sus conclusiones: En la revista Energy & Environmental Science de 2018, científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) confirman que, efectivamente, los efectos son enormes. En algunos casos -los científicos del MIT también investigaron la situación en India y China- puede significar la diferencia entre una planta de energía solar exitosa y una que finalmente no logra alcanzar el nivel de producción esperado, lo que posiblemente ocasione pérdidas.
En el estudio participó, entre otros, el profesor del MIT Tonio Buonassisi, del Departamento de Ingeniería Mecánica. Los científicos recogieron mediciones de la radiación solar y la contaminación ambiental durante un periodo de dos años, y confirmaron una reducción significativa de la radiación solar específica en los módulos solares. Esto demostró que en Delhi (India) no hay un solo día sin aire contaminado.
¿Daños económicos de miles de millones?
El resultado: los investigadores determinaron finalmente una atenuación media anual del rendimiento de las células solares de alrededor del 12%. Es precisamente este 12% lo que a menudo supera los márgenes de beneficio y, por tanto, hace que los sistemas fotovoltaicos sean menos lucrativos.
El equipo calcula que el daño económico es inmenso: sólo en Delhi, la pérdida de ingresos por generación de electricidad podría ascender a 20 millones de dólares al año, en Calcuta a unos 16 millones y en Pekín y Shanghai a unos 10 millones de dólares anuales cada una. Las instalaciones previstas en Los Ángeles podrían perder entre 6 y 9 millones de dólares. En conjunto, predicen que las pérdidas potenciales "podrían ascender fácilmente a cientos de millones, si no miles de millones, de dólares anuales".
Según los científicos del MIT, hay otro factor que reduce el rendimiento solar: el calentamiento global. En otro estudio, Ian Peters y Tonio Buonassisi llegan a la conclusión de que, por término medio, el rendimiento solar disminuye un 0,45% por grado de calentamiento global. Esta cifra difiere ciertamente según el tipo de módulo solar utilizado, pero es un riesgo que hay que tener en cuenta.
Teniendo en cuenta estos resultados, queda aún más claro que limitar las emisiones contaminantes también es esencial en términos de transición energética.
(Imagen: Mariana Proenca/ unsplash)
