Ciente dos custos operacionais e de manutenção (O&M) para combater a sujeira de painéis fotovoltaicos em áreas áridas e fortemente industrializadas, um grupo de pesquisadores do Chile e da Espanha investigou o impacto das emissões de uma usina termelétrica a carvão em painéis solares em três locais no deserto do Atacama, incluindo uma instalação fotovoltaica que estava dentro da estação geradora de carvão.
Os mecanismos de adesão de poeira, composição e efeitos na transmitância óptica e na redução da densidade de corrente foram estudados, com os cientistas também discutindo brevemente estratégias específicas de limpeza e manutenção para preservar o desempenho do sistema em usinas fotovoltaicas localizadas perto de usinas termelétricas a carvão.
“Percebemos uma tendência crescente de usinas solares sendo colocalizadas com instalações industriais. Isso levantou questões sobre como as emissões e subprodutos dessas indústrias afetam a sujeira dos sistemas fotovoltaicos próximos em comparação com os locais de referência padrão”, disse Aitor Marzo, coautor correspondente da pesquisa, à pv magazine.
“Além disso, um operador fotovoltaico localizado a vários quilômetros de distância nos contatou sobre taxas inesperadas de sujeira”, disse Douglas Olivares, coautor correspondente da pesquisa, acrescentando que as observações do operador diferiram do que foi inicialmente previsto, levando a uma investigação mais profunda.
“Nós nos concentramos em como os resíduos do processo de dessulfurização de gases de combustão de uma usina a carvão podem criar crostas de poeira excepcionalmente teimosas nos módulos fotovoltaicos”, explicou Marzo. “Ao combinar análises químicas com testes de desempenho, demonstramos exatamente como esses subprodutos se consolidam nas superfícies do painel.”
A configuração do teste estava localizada em Mejillones, uma cidade conhecida por abrigar a maior concentração de usinas a carvão no Chile, de acordo com a pesquisa. Os acadêmicos avaliaram as perdas de transmitância de uma usina solar fotovoltaica de 21,6 kW localizada no local em uma estação geradora a carvão e examinaram o acúmulo de poeira na superfície dos painéis durante um período de 5 meses, semanalmente de 21 de setembro de 2022 a 2 de março de 2023.
As amostras de vidro fotovoltaico não tinham revestimentos anti-sujeira e foram instaladas com orientação norte e inclinação de 20 graus. Os resultados do sensor de irradiância foram comparados a uma amostra com vidro limpo. O impacto da usina a carvão nos módulos colocalizados mostrou que, após cinco meses de exposição, a poeira depositada atingiu um máximo de 1,63 mg/cm², com uma taxa de sujeira até seis vezes maior em comparação com outros locais estudados, resultando em uma redução de 23% na fotocorrente, disse a equipe.
Os resultados obtidos foram comparados com outros três locais no deserto do Atacama. “Além disso, nossos resultados indicam que os efeitos da atividade da usina são perceptíveis a até 9 km de distância, tornando-se particularmente evidentes em áreas com alta umidade, onde a solubilidade dos materiais aumenta a recristalização e consolidação de poeira nas superfícies dos módulos”, acrescentaram os pesquisadores.
“Ficamos surpresos com o alcance desses subprodutos de dessulfuração. Eles facilitaram a cimentação em módulos a vários quilômetros de distância da usina – algo que não esperávamos ver a essa distância”, disse Olivares, observando que a calcita usada nos processos de redução de gás sulfúrico na usina gera gesso sintético (FDG) que facilita a cimentação de poeira nos módulos.
A equipe observou que o estudo investigou apenas a transmitância óptica e os resultados da densidade de corrente. Outras medições, como produção de energia e efeitos de degradação a longo prazo, estão pendentes de mais pesquisas.
O trabalho de pesquisa foi descrito em “Impact of thermoelectric coal-fired power plant emissions on the soiling mechanisms of nearby photovoltaic power plants in the Atacama Desert“, publicado recentemente pela Renewable Energy. Os cientistas eram da Universidad de Antofagasta, Universidad de Chile, Universidad Técnica Federico Santa Maria e do Millenium Nucleus in NanoBioPhysics (NNBP), com sede no Chile, bem como da Universidad de Granada, da Universidade de Almeria e da Universidade Loyola da Andaluzia, na Espanha.
Desde a conclusão do estudo, a pesquisa atraiu “interesse considerável” dos operadores de usinas fotovoltaicas, especialmente no deserto do Atacama. “Várias empresas buscaram nossas descobertas para entender como os fatores locais intensificam a sujeira. Desde então, eles usaram esses insights para otimizar os cronogramas de limpeza e as estratégias de manutenção”, disse Olivares.
Quando questionado sobre futuras direções de pesquisa, Marzo respondeu: “Planejamos estender nosso trabalho a contextos industriais mais amplos, refinar os métodos de medição de sujeira e desenvolver mapas de sujeira localizados para apoiar o projeto e a manutenção de PV em ambientes hostis”. Outras colaborações de pesquisa com equipes na Europa, Espanha e Chile também estão em andamento.
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