Rendimiento solar: cómo la contaminación atmosférica y las partículas finas reducen la generación de electricidad de los paneles solares
Muchos de los peligros que emanan de los contaminantes atmosféricos como las partículas finas son indiscutibles y conocidos. Pero además de estos motivos de salud para hacer más por una buena calidad del aire, también existen motivos económicos: el rendimiento solar puede reducirse considerablemente por la contaminación atmosférica y las partículas finas, y esto de forma doble.
El rendimiento solar, es decir, el producto de la irradiación solar específica por metro cuadrado y la potencia máxima de un panel solar, disminuye por un lado porque las partículas atmosféricas a gran altitud absorben la radiación, como muestra ahora un nuevo estudio. Por otro lado, porque las partículas finas se depositan sobre los propios módulos fotovoltaicos y los ensucian. Sin embargo, la limpieza frecuente de los paneles solares conlleva el riesgo de diminutos daños en la superficie. ¿Cómo reducen entonces la contaminación atmosférica y las partículas finas la generación de electricidad de los paneles solares?
Menos irradiación solar específica por el aire contaminado
Científicos chinos del Institute of Atmospheric Physics de la Chinese Academy of Sciences han confirmado ahora en su estudio que el aire contaminado dispersa o absorbe la luz solar. Así, llega menos luz solar a la superficie terrestre, y hay menos irradiación solar específica.
Resulta especialmente delicado que los efectos se vuelven tanto más perjudiciales cuanto más pequeñas son las partículas finas. Es cierto que la intensidad de la irradiación solar varía con el tiempo. Pero, además de las capas de nubes, las partículas de aerosol liberadas, las cenizas o el polvo también pueden refractar o dispersar la luz solar.
Los investigadores constatan que, a medida que aumenta la contaminación atmosférica, también aumenta la relación entre la radiación difusa y la radiación global, de modo que, finalmente, llega menos luz solar a la superficie terrestre. Además: cuanto mayor es la concentración de partículas, más se reduce la penetración directa de la radiación solar hasta la superficie terrestre. Al mismo tiempo, una mayor contaminación atmosférica también aumenta el potencial de dispersión.
Bajo diferentes condiciones meteorológicas y de luz, se investigó, con distintos grados de contaminación atmosférica, cómo esta afecta a la irradiación solar. La radiación solar que incide sobre la superficie terrestre, la SSR (surface solar radiation), es la verdadera fuente de energía de las instalaciones fotovoltaicas.
El rendimiento solar es especialmente menor en las instalaciones fotovoltaicas urbanas
Así, los hallazgos de este estudio apuntan a dificultades potenciales que no solo afectan a la generación de electricidad solar en China, y no hacen menos difícil la transición hacia las energías renovables.
Ya en 2017, científicos de la American Chemical Society investigaron los efectos de las partículas finas en la atmósfera sobre la irradiación solar específica por kilómetro cuadrado. En China e India, los investigadores constataron entre un 17 y un 20 % menos de producción energética mediante fotovoltaica. Extrapolado, esto significa: las partículas finas son actualmente responsables de una reducción del rendimiento solar de hasta 1 gigavatio en India. En China son incluso hasta 10 gigavatios de potencia solar no generada debido al aire contaminado. El rendimiento solar es, en consecuencia, menor.
Las partículas finas de la actividad humana, especialmente dramáticas
Aunque una gran parte de las partículas depositadas proceden de polvo y suciedad, las partículas finas que se originan por actividades humanas como la combustión de combustibles fósiles son mucho más problemáticas. Estas partículas suelen ser muy pequeñas. Además, son difíciles de limpiar, ya que a menudo son pegajosas. Sin embargo, cuanto más frecuentemente se limpian los paneles solares, mayor es el riesgo de dañar estas superficies altamente sensibles.
Los investigadores no están, ni mucho menos, solos con sus hallazgos: en la revista Energy & Environmental Science, científicos del Massachusetts Institute of Technology (MIT) confirmaron en 2018 que los efectos son realmente enormes. En algunos casos —los científicos del MIT también estudiaron la situación en India y China— puede marcar la diferencia entre una instalación solar exitosa y una instalación que, al final, no alcanza el nivel de producción esperado, y posiblemente genera pérdidas.
En el estudio participó, entre otros, el profesor del MIT Tonio Buonassisi, de la facultad de ingeniería mecánica. Durante dos años, los científicos recopilaron mediciones de irradiación solar y contaminación ambiental, y confirmaron una reducción significativa de la irradiación solar específica sobre los paneles solares. Se demostró que en Delhi (India) no hay ningún día sin aire contaminado.
¿Daños económicos de miles de millones?
Resultado: los investigadores determinaron finalmente un grado medio anual de atenuación del rendimiento de las células solares de aproximadamente el 12 %. Precisamente ese 12 % supera, con frecuencia, los márgenes de beneficio y hace así que las instalaciones fotovoltaicas sean menos rentables.
Extrapolado, el daño económico es inmenso: solo en Delhi, las pérdidas de ingresos por la generación de electricidad podrían ascender hasta 20 millones de dólares al año; en Calcuta, a unos 16 millones de dólares; y en Pekín y Shanghái, a unos 10 millones de dólares al año cada una, estima el equipo. Las instalaciones previstas en Los Ángeles podrían perder entre 6 y 9 millones de dólares. En conjunto, pronostican que las pérdidas potenciales "podrían ascender fácilmente a cientos de millones, si no miles de millones de dólares al año".
Otro hallazgo conduce, según la evaluación de los científicos del MIT, a un menor rendimiento solar: el calentamiento global. En otro estudio, Ian Peters y Tonio Buonassisi llegan al resultado de que, en promedio, el rendimiento solar disminuye un 0,45 % por cada grado de aumento de temperatura. Esta cifra sin duda varía según el tipo de panel solar utilizado, pero ya constituye un riesgo a tener en cuenta.
Con estos hallazgos en mente, resulta aún mucho más evidente que la limitación de las emisiones de contaminantes es también ineludible en el marco de la transición energética.
(Imagen: Mariana Proenca/ unsplash)