Por que seus painéis solares odeiam saboneteira: um mergulho técnico profundo na química de limpeza

Limpar os painéis solares do sistema fotovoltaico geralmente parece muito simples para muitos proprietários de painéis solares devido ao aparente raciocínio por trás disso. Os painéis sujos geralmente produzem mais energia do que os painéis limpos, simplesmente porque têm menos sujeira e, portanto, produzem menos energia do que sua condição original antes de ficarem sujos e, portanto, limpá-los com um detergente doméstico comum, como sabão em pó, deve devolver os painéis aos seus níveis de desempenho originais. No entanto, uma investigação realizada na Universidade de Turku, na Finlândia, chegou a uma conclusão inesperada relativamente ao produto que a maioria das pessoas recorre instintivamente depois de limpar os seus painéis solares; o saboneteira pode, na verdade, fazer exatamente o oposto do que você deseja e, ao fazer isso, pode degradar ainda mais a produção.

Esta conclusão é importante para além de ser apenas uma nota de rodapé; servirá como uma lição importante para aqueles que irão manter os seus sistemas fotovoltaicos no futuro. Especificamente, esta descoberta ilustra como a interação entre a física da luz e a química da superfície deve ser compreendida para manter adequadamente qualquer material do sistema fotovoltaico.

O revestimento dos painéis solares tem um papel muito importante, pois evita que a luz solar seja refletida nas superfícies dos painéis; sem o revestimento, aproximadamente quatro por cento da luz incidente seria refletida na superfície do painel; portanto, sem o revestimento, haveria uma perda substancial de fótons que não poderiam ser convertidos em corrente elétrica pelas células solares. O revestimento é muito fino (frequentemente medido em nanômetros) e sua capacidade óptica só permanecerá intacta se as superfícies do painel forem mantidas em um padrão muito preciso.

Ao adicionar sabão a esta equação, você não está simplesmente adicionando sabão à água e ao sabão. Você está criando uma solução complexa de surfactantes, desengordurantes, fragrâncias, conservantes e, muitas vezes, cloreto de sódio (sal) como espessante. Embora esses materiais funcionem bem para dissolver gorduras em pratos, quando usados ​​em uma superfície anti-reflexiva artificial, pode ocorrer uma interação muito mais complexa.

As pesquisadoras Julianna Varjopuro e Kati Miettunen, da Universidade de Turku, conduziram uma série de testes em amostras de vidro fotovoltaico em um estudo finlandês. Os pesquisadores compararam o sabonete líquido com uma variedade de outros produtos de limpeza, incluindo etanol, acetona, isopropanol, um detergente especial feito especificamente para a limpeza de painéis solares e um limpador de janelas comum. Foram utilizados dois métodos de teste diferentes; a primeira envolvia a limpeza das amostras, mergulhando-as nos diversos agentes de limpeza durante um longo período de tempo; a segunda envolveu o crescimento de algas na superfície do vidro para replicar as condições de limpeza da vida real. A luz de um grande número de faixas de comprimento de onda foi medida usando um espectrofotômetro para ver quanta luz foi transmitida após cada método de limpeza. Os resultados foram claros-.

Em vidro limpo, a maioria dos produtos manteve ou melhorou ligeiramente a transmissão de luz. O saboneteira, no entanto, reduziu a transmissão em aproximadamente 1%. No vidro que foi sujo com algas e depois limpo, a disparidade aumentou: o sabão em pó deixou uma perda persistente de transmissão de quase 4% em comparação com superfícies devidamente limpas. Isto se traduz diretamente na produção de eletricidade-uma redução de 3 a 4% no rendimento energético, simplesmente pelo uso do detergente errado.

Fundamentalmente, a análise microscópica revelou que o revestimento anti{0}}reflexo em si não estava fisicamente degradado ou gravado. O problema não eram danos permanentes, mas resíduos persistentes. O saboneteira deixou uma película que, embora invisível a olho nu, foi suficiente para alterar as propriedades ópticas do vidro. Mesmo um enxágue completo não conseguiu restaurar totalmente os níveis de transmissão originais.

Por que o detergente para louça se comporta de maneira diferente de outros produtos de limpeza? A resposta está na sua formulação química. Os sabonetes para louça são projetados para aderir às superfícies-é por isso que eles removem efetivamente a gordura dos pratos, mas também exigem enxágue completo. Muitas vezes contêm surfactantes que deixam uma película hidrofílica ou hidrofóbica dependendo da fórmula.

Quando aplicados em vidro anti-reflexo, esses resíduos preenchem os poros microscópicos do revestimento ou criam uma película uniforme que altera o índice de refração na superfície. O revestimento anti-reflexo funciona criando uma transição gradual no índice de refração entre o ar e o vidro. Qualquer material estranho depositado nele interrompe esse gradiente, restaurando efetivamente as perdas de reflexão que o revestimento foi projetado para eliminar.

Ao contrário do álcool isopropílico e dos limpadores de vidros profissionais, o etanol e a acetona também são muito eficazes, mas você precisa usá-los com cautela com base em seu potencial de causar reações químicas com materiais de moldura ou vedação. Este estudo demonstrou que todos esses agentes de limpeza voláteis e produtos-desenvolvidos especificamente para limpeza fotovoltaica não prejudicaram o desempenho óptico.

Como resultado dessas descobertas, aqui estão algumas recomendações para proprietários de sistemas fotovoltaicos residenciais e comerciais:

Evite totalmente o uso de sabão em pó.Embora os painéis solares possam parecer limpos após-o uso com sabão em pó, o sabão deixa um resíduo invisível, que continuará a inibir o desempenho até que seja removido naturalmente por meio de intempéries (chuva, UV e exposição ao vento). Em algumas áreas do mundo com chuvas mínimas, como a porção sudoeste dos EUA, os resíduos de detergente podem permanecer nos módulos por até 6 meses.

Use apenas produtos de limpeza recomendados.Produtos de limpeza que contêm álcool isopropílico (normalmente concentração de 70% ou superior) ou produtos comercializados especificamente para limpeza de vidros, mas que não contêm condicionamento ou materiais de cera, são seguros para uso. Soluções-criadas especificamente para limpeza de painéis solares podem ter preços mais elevados; no entanto, a química desses produtos foi desenvolvida especificamente para uso em revestimentos anti{3}}reflexos.

Use água da mais alta qualidade possível quando usar apenas água.O ideal é usar água deionizada ou destilada. Se você usar água da torneira para limpeza, deixará resíduos minerais no módulo solar e esses resíduos poderão acumular-se com o tempo e limitar a quantidade de luz transmitida através dessa área.

Considere cuidadosamente os métodos mecânicos.Escovas macias ou rodos são aceitáveis; ferramentas abrasivas podem riscar o vidro ou o revestimento, causando danos permanentes não relacionados à limpeza química.

A investigação finlandesa apoia investigações simultâneas conduzidas pelo Centro Fraunhofer para Silício Fotovoltaico, na Alemanha, e ambas mostraram que muitas das soluções de limpeza comumente usadas causarão danos-de longo prazo aos revestimentos anti-reflexos dos painéis solares. Coletivamente, demonstram um reconhecimento crescente dentro da indústria de que as ações de manutenção não ocorrem no vácuo; como tal, influenciarão a longevidade do desempenho dos painéis solares, começando com a instalação de um sistema.

Uma perda de eficiência de 3 a 4% devido à limpeza inadequada pode não parecer catastrófica para um observador casual. No entanto, para uma instalação comercial que gera milhares de quilowatts{3}}horas anualmente, isso representa uma perda financeira significativa ao longo do tempo. Para sistemas residenciais, pode significar a diferença entre satisfazer as expectativas energéticas e questionar-se por que a produção parece inferior à das instalações vizinhas.

A tentação de usar o que já está embaixo da pia da cozinha é compreensível. Mas, como demonstra esta pesquisa, a conveniência tem um custo. Escolher o agente de limpeza certo não requer treinamento especializado, apenas conhecimento. E na energia solar, onde as margens e o desempenho{4}}de longo prazo são importantes, essas pequenas escolhas têm consequências mensuráveis.