Desarrollo de materiales avanzados para mejorar la resistencia a la corrosión en paneles solares

Introducción

La corrosión en paneles solares representa un problema significativo en la industria de la energía solar, causado por la exposición a condiciones ambientales agresivas. La corrosión en los módulos fotovoltaicos conducirá a una reducción de la potencia de salida del módulo y afectará a toda la producción de su sistema. En este sentido, los avances en materiales desempeñan un papel importante, especialmente en la fabricación de estos componentes.

Los materiales han representado elementos fundamentales a lo largo de la historia humana, marcando distintas etapas que reflejan los avances en su desarrollo. Desde la Edad de Piedra hasta la Edad del Hierro, cada período ha estado asociado con el material predominante en la época. En el siglo XX, el enfoque en los materiales se intensificó, llevando a lo que se conoce como la Edad de los Materiales. Sin embargo, con el comienzo del siglo XXI, se ha visto un cambio hacia la era de los nanomateriales, donde las propiedades a escala nanométrica han adquirido una importancia significativa en diversas aplicaciones.

El objetivo de desarrollar este artículo es informar sobre los avances en el desarrollo de materiales avanzados para mejorar la resistencia a la corrosión en paneles solares. A través de la estructura proporcionada, se pretende destacar los desafíos y las innovaciones en materiales que abordan estos desafíos, y resaltar el impacto positivo de estos avances en la eficiencia y sostenibilidad de la energía solar. Además, se busca ofrecer una visión clara y comprensible de cómo estos nuevos materiales pueden contribuir a un futuro más prometedor en el campo de la energía renovable.

¿Qué es la energía solar fotovoltaica y cómo funciona?

Los sistemas solares fotovoltaicos son una tecnología diseñada para la generación de energía renovable, convirtiendo la radiación solar en electricidad a través de dispositivos como los paneles fotovoltaicos, permitiendo así su uso inmediato en el consumo eléctrico o su almacenamiento en baterías para su utilización posterior.

Estos sistemas están compuestos por celdas solares, fabricadas con materiales semiconductores, como el silicio. Cuando la luz solar incide sobre estas celdas, los fotones liberan electrones en el material semiconductor, generando así corriente eléctrica. Este proceso, conocido como efecto fotovoltaico, es fundamental para la operación de los sistemas fotovoltaicos y su contribución a la producción de energía limpia y sostenible.

¿Cuáles son los componentes de esta tecnología?

Un sistema fotovoltaico se conforma de múltiples componentes fundamentales en la generación de energía renovable; los cuales, representan un rol específico para garantizar la eficiencia y funcionamiento adecuado de estos sistemas. En su configuración básica, un sistema fotovoltaico consta de varios elementos: Celdas fotovoltaicas, regulador de carga, inversor, red de conexión y baterías de almacenamiento.

• Las celdas fotovoltaicas: son unidades que transforman la luz solar en electricidad y se agrupan en módulos fotovoltaicos, los cuales son fabricados con materiales semiconductores como el silicio y son fundamentales en la producción eficiente de energía.
• El regulador de carga: Controla el flujo de electricidad entre los paneles solares y las baterías o la red eléctrica, asegurando una carga segura y eficiente de las baterías y protegiendo los equipos de sobrecargas o descargas excesivas.
• El inversor: Convierte la corriente continua (CC) generada en corriente alterna (CA), utilizada en la mayoría de los sistemas eléctricos convencionales.
• Baterías de almacenamiento y conexión a la red eléctrica: Permite la inyección de energía excedente del sistema fotovoltaico, mientras que las baterías, almacenan energía para su uso en momentos de baja radiación solar.

Problema de la corrosión en los paneles solares y su impacto en su rendimiento y durabilidad

La corrosión en los módulos es un problema significativo que puede afectar negativamente su rendimiento y durabilidad, debido a la exposición de diferentes condiciones ambientales adversas, como la humedad, la lluvia ácida, la radiación solar intensa y la presencia de agentes corrosivos en el aire, como la salinidad en atmosferas marinas o la contaminación industrial en ambientes urbanos.

Cuando los materiales que forman estos prototipos se corroen, pueden experimentar una degradación en su estructura y funcionalidad. Por ejemplo, la corrosión de los contactos eléctricos puede provocar una disminución en la eficiencia de conversión de energía solar en electricidad, ocasionando una pérdida de rendimiento. Además, la corrosión en los marcos o soportes puede comprometer la integridad estructural, lo que podría aumentar el riesgo de daños físicos o fallas prematuras, como se puede apreciar en la figura 2.

La corrosión también puede reducir la vida útil de los paneles solares, lo cual se traduce en costos adicionales de mantenimiento y reemplazo. Así mismo, La reparación o sustitución de los componentes corroídos puede ser costosa y afecta la rentabilidad de los proyectos solares a largo plazo.

Para garantizar la vida útil y eficiencia, es fundamental priorizar la protección contra las condiciones ambientales adversas, las cuales causan corrosión y el posterior deterioro de las superficies y los componentes de los módulos solares, comprometiendo el rendimiento.

¿Qué factores causan la corrosión?

La energía solar es una fuente de energía renovable prometedora y en crecimiento, pero enfrenta desafíos significativos relacionados con la corrosión debido a los factores ambientales. Estos desafíos son especialmente relevantes en áreas donde las condiciones climáticas son extremas o donde la exposición a agentes corrosivos es alta.

Uno de los principales problemas es la exposición a la humedad y la lluvia, que pueden acelerar el proceso de corrosión en los componentes metálicos de los paneles solares y otros equipos asociados. Además, la presencia de salinidad en el aire, especialmente en áreas costeras, puede aumentar la corrosión, lo que es particularmente problemático para instalaciones solares marinas.

La radiación solar intensa también puede desencadenar reacciones químicas que conducen a la corrosión de los materiales, especialmente en superficies expuestas y pinturas protectoras. Los cambios de temperatura extremos, como los que se experimentan en climas desérticos, también pueden causar expansiones y contracciones en los materiales, lo que aumenta la susceptibilidad a la corrosión.

Otro reto importante es la presencia de contaminantes atmosféricos, como los gases industriales y los residuos de combustión, que pueden depositarse en las superficies de los paneles solares y acelerar la corrosión.

Para enfrentar estos problemas los sistemas solares deben ser fabricados con materiales altamente resistentes a la corrosión y a las condiciones ambientales adversas a largo plazo. Además, se requiere un mantenimiento regular y una inspección cuidadosa para identificar y mitigar cualquier daño causado por la corrosión.

Avances en materiales resistencia a la corrosión en paneles solares

Para alargar la vida útil de estructuras metálicas bajo condiciones de intemperie, ambientes corrosivos o de alta salinidad se requieren materiales con una alta resistencia al deterioro. Actualmente, se están desarrollando materiales avanzados que ofrecen una mayor resistencia a la corrosión. Estos materiales utilizan tecnologías innovadoras, como recubrimientos nanotecnológicos, que crean barreras casi impermeables a los agentes corrosivos. Así mismo, se están explorando materiales compuestos y aleaciones especiales que pueden soportar condiciones ambientales extremas sin degradarse.

• Recubrimientos nanotecnológicos: Forman barreras anticorrosivas impermeables a los agentes corrosivos, extendiendo la vida útil de los módulos solares.
• Materiales compuestos: Los materiales compuestos ofrecen durabilidad y resistencia a la corrosión en paneles solares bajo condiciones extremas.
• Aceros recubiertos con una aleación de Magnesio-Aluminio-Zinc (MAC): Presentan la propiedad de autorreparación de su recubrimiento cuando el sustrato de acero queda expuesto debido a arañazos, perforaciones o cortes que dejan los bordes al descubierto.

El desarrollo de estos materiales avanzados no solo mejora la durabilidad y el rendimiento, sino que también contribuye a la expansión y la eficiencia de la energía solar como una fuente de energía renovable. Al reducir los costos de mantenimiento y aumentar la vida útil, estos materiales contribuyen a una sostenibilidad energética más eficiente.

Conclusiones

La energía solar ofrece numerosos beneficios al sector energético; sin embargo, los desafíos asociados con la corrosión debido a los factores ambientales deben abordarse de manera efectiva para garantizar la durabilidad y eficiencia a largo plazo de las instalaciones solares. Los avances en materiales son fundamentales para el futuro de la energía solar. El uso de materiales avanzados garantiza paneles solares más resistentes y duraderos, contribuyendo a un mundo más sostenible.

La corrosión en los paneles solares representa un desafío significativo que puede impactar negativamente en su rendimiento, durabilidad y rentabilidad. Por lo tanto, es fundamental desarrollar materiales avanzados que sean resistentes a la corrosión para garantizar la eficacia y la longevidad de los sistemas solares fotovoltaicos.

Referencias

1. Brakels R; “Mantenimiento de paneles solares: ¿Con qué frecuencia se deben inspeccionar?”; Solarquotes Since; febrero 20, 2017.