Abordagem inovadora revelada: prevendo a vida útil dos módulos solares em meio à erosão da areia

Em 24 de fevereiro de 2025, notícias empolgantes surgiram das fronteiras da pesquisa em energia solar. Um grupo de pesquisadores na Argélia fez progressos significativos no estudo da durabilidade de módulos solares em ambientes arenosos. Eles projetaram um novo banco de testes e formularam uma lei de aceleração exclusiva que leva em consideração dois fatores cruciais: velocidade do vento e densidade da areia. Essa nova metodologia foi testada em quatro módulos fotovoltaicos (FV), e os resultados foram notáveis, indicando uma vida útil de até 47 anos, considerando o impacto da areia.

Esta pesquisa abrange diversas áreas importantes da indústria de energia solar, incluindo fabricação, avaliação da qualidade dos módulos, tratamento de problemas de sujeira e P&D tecnológico em geral. É uma contribuição significativa, especialmente para regiões como a Argélia, no norte da África, onde paisagens desérticas são comuns e o potencial de energia solar é vasto, mas desafiado pela erosão da areia.

Cientistas da Argélia propuseram um banco de testes inovador de envelhecimento acelerado específico para módulos fotovoltaicos e desenvolveram uma lei de aceleração nunca antes vista, adaptada à degradação induzida pela erosão da areia. Abdelkader Elkharraz, o autor correspondente, compartilhou com a revista pv: "Nossa pesquisa se destaca dos modelos existentes. Introduzimos uma lei projetada exclusivamente para erosão da areia. Ao incorporar a velocidade do vento e a densidade da areia, podemos prever a vida útil dos módulos em ambientes desérticos com muito mais precisão."

Em regiões desérticas, a erosão por areia é uma das ameaças mais formidáveis ​​à confiabilidade dos módulos fotovoltaicos. O impacto contínuo de partículas de areia, impulsionadas por ventos fortes, causa danos mecânicos e ópticos à superfície do módulo. Esses danos se manifestam de várias formas: a camada protetora de vidro sofre abrasão, o revestimento antirreflexo é riscado e poeira e detritos se acumulam. Todos esses fatores se combinam para reduzir a transmissão de luz e, por fim, diminuir a potência total dos módulos.

O banco de testes personalizado é uma maravilha da engenharia. Ele permite que os pesquisadores controlem com precisão os parâmetros que influenciam a erosão da areia. Há um mecanismo de alimentação de areia que pode ajustar a densidade da areia, um ventilador de velocidade variável para regular a velocidade do vento e um estágio de rotação que garante que os módulos sejam expostos à areia de todos os ângulos. Para tornar os testes mais representativos das condições reais do deserto, eles utilizaram areia de zonas de desertificação. Esse tipo de areia tem grãos maiores e de formato irregular, tornando a erosão mais intensa.

A equipe de pesquisa selecionou quatro módulos fotovoltaicos de silício monocristalino para teste. Dois deles eram módulos Dinel Solaire de 100 watts, novos em folha, enquanto os outros dois eram módulos Visel de 80 watts, usados ​​anteriormente. Na condição de teste 1, os módulos foram submetidos a uma densidade de areia de 5,8 g/m³ e a uma velocidade do vento de 12 m/s. A condição de teste 2 foi ainda mais rigorosa, com uma densidade de areia de 10,3 g/m³ e uma velocidade do vento de 15 m/s. De acordo com os pesquisadores, a condição 1 simulou um "ambiente de aceleração severa" e a condição 2 representou "um ambiente ainda mais severo e acelerado".

A nova lei de aceleração, denominada Lei de Elkharraz-Boussaid em homenagem aos seus criadores, considera a velocidade do vento e a densidade da areia. Ela calcula o tempo médio até a falha (MTTF), que indica o tempo médio que um sistema pode operar antes de falhar em condições específicas. Quando combinado com um programa de análise de dados baseado em lógica fuzzy, o modelo pode determinar o fator de aceleração (FA). O FA é uma métrica crucial, pois quantifica a razão entre a taxa de degradação em condições de teste aceleradas e em cenários do mundo real.

O Professor Elkharraz explicou: "Correlacionamos os dados coletados com dados eólicos reais de uma usina solar em Adrar, na Argélia. Esse conjunto abrangente de dados foi então usado para estimar a vida útil real desses módulos em condições típicas de operação no deserto."

Os resultados foram bastante reveladores. Na região de Adrar, na Argélia, o modelo, em conjunto com o programa de análise de dados baseado em lógica fuzzy, previu que os módulos VISEL teriam uma vida útil significativamente maior, de 46,8 anos, em comparação com os módulos DINEL, cuja duração estimada era de 31,6 anos. As taxas anuais de degradação também corroboraram essas descobertas, com os módulos VISEL apresentando uma taxa de 0,64% e os módulos DINEL, de 1,38%. Essas taxas estão alinhadas com pesquisas existentes, destacando o potencial do modelo para prever com precisão a vida útil dos módulos em áreas propensas à areia.

Os resultados da pesquisa foram publicados em "Uma nova lei de aceleração para a degradação por erosão de areia de módulos fotovoltaicos" na revista Renewable Energy. Cientistas da Universidade Ahmed Draia de Adrar, na Argélia, da Universidade Medea e do Centro de Desenvolvimento de Energias Renováveis ​​(CDER) colaboraram nesta pesquisa inovadora.