Un nuevo invento ha demostrado un recubrimiento transparente y económico que reduce la acumulación de nieve y hielo en los paneles solares, lo que les permite generar hasta un 85% más de energía en las primeras pruebas.
En un avance que podría mejorar drásticamente la productividad de los paneles solares en climas fríos, desarrollado por un equipo dirigido por la Universidad de Michigan.
El recubrimiento está hecho principalmente de plástico PVC o PDMS y aceites de silicio o vegetales. Se puede rociar o cepillar en climas fríos y, en su iteración actual, puede seguir arrojando nieve y hielo hasta por un año.
«La energía renovable realmente está despegando en este momento, pero la nieve es un gran problema en los climas del norte», dijo Anish Tuteja, docente de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad de Michigan, quien dirigió el estudio en colaboración con Sandia National Laboratories y la Universidad de Alaska.
«Los paneles solares podrían perder el 80 o 90% de su capacidad de generación en el invierno. Así que encontrar una manera de que continúen generando energía durante todo el año fue un desafío emocionante», agregó.
Aunque el laboratorio de Tuteja ha desarrollado una serie de recubrimientos efectivos para arrojar hielo en el pasado, comentó que crear un recubrimiento que pueda arrojar pasivamente tanto la nieve como el hielo representa un desafío especial.
«El hielo es relativamente denso y pesado, y nuestros recubrimientos anteriores usaban su propio peso contra él», dijo Tuteja. «Pero la nieve puede ser 10 veces menos densa que el hielo, por lo que no estábamos seguros de que los trucos que usamos en el hielo se tradujeran en nieve».
Para encontrar el recubrimiento adecuado, Tuteja y su equipo recurrieron a dos propiedades clave que han impulsado los recubrimientos de desprendimiento de hielo en el pasado: baja tenacidad interfacial y baja resistencia a la adhesión. La baja adherencia superficial es básicamente deslizamiento. El deslizamiento por sí solo funciona bien en áreas pequeñas, pero cuanto más grande es la superficie, más fuerza se necesita para deslizar la nieve y el hielo fuera de ella. Para áreas más grandes, necesita una forma de romper la adhesión por completo. Esto es lo que hace la baja tenacidad interfacial: crea grietas entre el hielo y el panel. Estos se propagan a lo largo del panel, independientemente de su tamaño, rompiendo el hielo y la nieve libres.
El equipo trabajó para lograr precisamente el equilibrio adecuado de baja adherencia superficial y baja tenacidad interfacial que repelería tanto el hielo como la nieve de superficies pequeñas y grandes por igual. Comenzaron con plástico de PVC muy rígido, para una baja tenacidad interfacial, y se mezclaron en una pequeña cantidad de aceite vegetal que le dio al PVC una adhesión superficial lo suficientemente baja como para proporcionar lo mejor de ambos mundos. También idearon un segundo material que funciona igualmente bien utilizando plástico PDMS y aceite a base de silicio.
Los investigadores de la UM colaboraron con la Universidad de Alaska para probar el material en un campo solar en Fairbanks, Alaska, aplicando los recubrimientos a un subconjunto de paneles que fueron monitoreados por cámaras automatizadas durante un período de aproximadamente dos semanas. Las pruebas mostraron que los paneles recubiertos tenían una cobertura promedio de nieve y hielo de aproximadamente el 28% durante toda una temporada de invierno, en comparación con aproximadamente el 59% para los paneles no recubiertos.
El recubrimiento fue desarrollado como parte de un proyecto dirigido por Sandia National Laboratories, un laboratorio de investigación y desarrollo del Departamento de Energía de los Estados Unidos, con fondos proporcionados por la Oficina de Tecnologías de Energía Solar del DOE.
«Los recubrimientos con fobia a la nieve, si podemos demostrar su eficacia a largo plazo, harán que la energía solar sea más confiable y más asequible en las regiones nevadas, ayudando a acelerar la transición de nuestra nación a una economía energética más dominada por la energía solar», agregó Tuteja.