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

Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Imam Abdulrahman Bin Faisal de Arabia Saudita ha llevado a cabo un estudio experimental sobre cómo las diferentes composiciones del polvo afectan el rendimiento fotovoltaico. El estudio examinó cuatro tipos de polvo:-montmorillonita, caolinita, bentonita y polvo natural-en paneles solares que funcionan en entornos costeros áridos.

"Los hallazgos de este estudio tienen implicaciones prácticas para optimizar el mantenimiento fotovoltaico en regiones costeras áridas", explicó el grupo. "Al vincular 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 dominantes. Por ejemplo, los recubrimientos hidrofóbicos pueden mitigar la adhesión impulsada por la humedad-en entornos ricos en calcio-, mientras que las regiones ricas en hierro-podrían beneficiarse de materiales-resistentes térmicamente".

Los experimentos se llevaron a cabo en Jubail, una ciudad en la costa del Golfo Pérsico de 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 entregó una corriente de 1,14 A y un voltaje de 17,6 V, con un voltaje 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 menos de 45 μm. Se recogieron manualmente muestras de polvo natural de superficies de vidrio expuestas a 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 medidas después de cada etapa de deposición.

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

Se descubrió que el polvo rico en calcio-es especialmente problemático en condiciones costeras, donde la humedad elevada (40-65% de humedad relativa) transforma las partículas sueltas en capas adherentes resistentes a los mecanismos de limpieza naturales. Por el contrario, 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 el voltaje del circuito abierto-.

"La humedad surgió como un factor de amplificación crítico en lugar de un factor estresante independiente, reduciendo la eficiencia entre un 15% y un 30% cuando la humedad relativa superaba el 60%. Este umbral marca una transición de la suciedad reversible a la adhesión cementada, donde las fuerzas capilares unen las partículas de polvo a la superficie fotovoltaica con fuerza suficiente para resistir la eliminación impulsada por el viento-", explicaron además los académicos. "El análisis diurno reveló que la generación óptima de energía se produce durante las horas de la mañana con baja-humedad (8:00 a 11:30 a. m., eficiencia del 12 al 13 %), mientras que los períodos de la tarde 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 el Índice de Calidad del Aire (ICA) mostraba una correlación negativa más fuerte con la eficiencia que la humedad sola. "A niveles de AQI superiores a 160, los efectos combinados de la dispersión de la luz por los aerosoles en el aire y la suciedad de la superficie redujeron la eficiencia de conversión por debajo del 10%, incluso con densidades de deposición de polvo moderadas (3 a 4 g/m2)", concluyeron.

Sus hallazgos están disponibles en "Estudio experimental y de modelado del impacto de la composición del polvo en el rendimiento fotovoltaico en entornos costeros áridos", publicado en el Journal of Materials Research and Technology. En el estudio participaron 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.