Pesquisadores do Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics (CSP), da Alemanha, avaliaram o impacto de vários produtos de limpeza fotovoltaica nas superfícies de vidro dos módulos e descobriram que certos agentes de limpeza comercialmente disponíveis para módulos fotovoltaicos podem danificar significativamente os revestimentos de vidro antirreflexo e reduzir o rendimento energético.
Os pesquisadores testaram cinco agentes de limpeza comercialmente disponíveis junto com água pura desionizada (DI), que serviu como referência. O objetivo era determinar se os produtos químicos usados durante a manutenção fotovoltaica poderiam degradar o revestimento antirreflexo (ARC) comumente aplicado ao vidro do módulo solar.
“Os produtos de limpeza testados são produtos líderes de mercado, disponíveis gratuitamente no mercado europeu. Apenas um dos limpadores é de uso especial, enquanto todos os outros são promovidos como limpadores fotovoltaicos multiuso”, disse o pesquisador do CSP da Fraunhofer, Marko Turek, à pv magazine, sem fornecer mais detalhes.
Configuração experimental
Os cientistas expuseram o vidro do módulo ao agente de limpeza por 24 horas a 55 °C. “Isso corresponde a um tempo total de umedição ao longo da vida útil dos módulos fotovoltaicos, assumindo limpeza frequente, enquanto uma temperatura de módulo de 55 °C também não é incomum sob luz solar direta”, explicou Turek. “No entanto, nosso objetivo não era replicar um dos muitos cenários possíveis de aplicação, mas comparar os limpadores entre si sob condições reprodutíveis e controladas.”
Após a exposição, a equipe quantificou o desempenho óptico do vidro por meio de medições ópticas, em particular em relação à sua transmissão óptica. “Descobrimos que alguns produtos tiveram um impacto maior que outros, e que há uma grande dispersão entre os cinco produtos de limpeza que investigamos”, disse Turek. “A mudança no desempenho óptico se traduziria diretamente em perda de energia para módulos fotovoltaicos. Se o ARC for degradado e a funcionalidade antirreflexo for perdida, o módulo produzirá menos energia.”
“Não fizemos nenhuma análise química dos próprios limpadores”, continuou Turek. “Nosso principal objetivo não era algum tipo de engenharia reversa, mas sim fornecer um teste de triagem objetivo. E para nós, o objetivo era conscientizar que os proprietários de sistemas fotovoltaicos realmente deveriam, antes de usar um limpador, verificar se ele não causa nenhum dano aos seus módulos.”
Degradação
Três dos cinco agentes de limpeza testados causaram degradação mensurável do revestimento antirreflexo, levando a perdas ópticas que se traduziram em desempenho PV reduzido. Nos casos mais graves, os pesquisadores calcularam perdas de desempenho de até 5,6%. Esse número refere-se à perda atual do módulo solar em comparação com um módulo com revestimento de vidro intacto.
Em contraste, dois dos agentes de limpeza testados não produziram degradação significativa, semelhante à referência da água DI. Imagens de microscopia confirmaram a causa subjacente: vidro revestido com ARC exposto aos limpadores danificados apresentou degradação visível da superfície, enquanto amostras tratadas com agentes não prejudiciais mantiveram revestimentos em grande parte intactos.
Imagem: Fraunhofer CSP
“Vimos o revestimento antirreflexo realmente danificado”, explicou Turek. “Com os três limpadores que tiveram um impacto forte, há partes onde ainda está lá e outras partes onde foi removido. Já para os outros dois produtos de limpeza, ainda parece muito uniforme. A mudança é visível ao olho humano. A aparência de cor é um pouco não uniforme, então você vê uma cor arco-íris ali.”
“Descobrimos até que alguns produtos agressivos de limpeza fotovoltaica são comercializados como certificados ou testados como compatíveis com materiais. Isso ocorre porque os produtos de limpeza são avaliados sob condições muito diferentes e, em alguns casos, padrões inadequados ou mal aplicados são usados. Tudo isso nos levou a realizar investigações mais aprofundadas sobre os efeitos dos agentes de limpeza. Também podemos apoiar parceiros da indústria – tanto fabricantes de componentes de módulos quanto de agentes de limpeza – com análises correspondentes. Em particular, podemos ajudar investidores e operadores de parques na escolha de agentes de limpeza adequados”, destacou Turek.
Perspectivas
Os pesquisadores explicaram que o dano ao ARC é permanente e provavelmente causado por uma reação química, já que nenhum estresse mecânico foi detectado durante os experimentos. “Atualmente, as empresas podem reparar ou adaptar o módulo com outro ARC”, disse o cientista. “Mas pelo que sei, não é como se fosse feito regularmente. Então não é como se todo parque fotovoltaico recebesse uma reforma a cada cinco anos. É mais como uma ideia ou um processo ativo de desenvolvimento onde, do ponto de vista tecnológico, pode funcionar. Não tenho certeza se funciona do ponto de vista comercial.”
Ele também explicou que agentes de limpeza são usados em parques solares para mitigar o estresse mecânico produzido por robôs ou escovas mecânicas. “Operadores de usinas fotovoltaicas que desejam reduzir os efeitos de arranhão e abrasão devem usar agentes de limpeza químicos, mas isso só faz sentido se o mesmo dano que você evita com a escovação não for causado pelo agente de limpeza, porque aí você não ganha nada”, afirmou ele.
No próximo passo, os pesquisadores do CSP da Fraunhofer querem investigar a relação entre o desempenho real da limpeza e possíveis danos ao ARC. Esta pesquisa será baseada em sua expertise na análise da microestrutura dos materiais. O objetivo de uma investigação aprofundada da interação entre efeitos químicos e mecânicos é derivar recomendações para a indústria.
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