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Manter as matrizes de energia solar do deserto livres de poeira

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O sistema de autolimpeza NOMADD [Fonte da imagem: NOMADD Desert Solar]

Imagine um ambiente abrasado por temperaturas de 50 ° C todos os dias, caindo para 40 ° C à noite, com ventos intensos e poeira espessa, dificultando a respiração. Essas condições são, obviamente, uma ocorrência normal em desertos ao redor do mundo. No entanto, os desertos, devido aos seus altos níveis de irradiância solar, são um local perfeito para a geração de energia solar, isto é, exceto por um grande problema - a poeira.

De acordo com a empresa NOMADD desert solar dos Emirados Árabes Unidos (EAU), o acúmulo de areia e poeira é um dos maiores desafios técnicos enfrentados por matrizes de energia solar construídas no deserto. Ele cria uma perda de rendimento de linha de base diária de 0-4 a 0,8 por cento e perdas de rendimento de energia de 60 por cento são amplamente relatadas durante e após tempestades de areia. Além disso, se deixado no local por mais de um dia, partículas de poeira aderem aos painéis.

Até o momento, as operações de limpeza de poeira contam com uma variedade de abordagens, todas elas insatisfatórias. Isso inclui trabalho humano, que é caro e pouco confiável; limpeza com água, que é um desperdício em áreas de alto estresse hídrico; equipamentos complexos e sensíveis que tendem a falhar em condições adversas; e ciclos de limpeza de 7 a 14 dias, o que aumenta as perdas de produção devido à vulnerabilidade a poeira aderida e tempestades de poeira. Essas abordagens tendem a gerar despesas operacionais elevadas e dependem de mercados de trabalho humanos voláteis.

Condições adversas garantem o fracasso das operações de limpeza manual, pela simples razão de que em muitos ambientes desérticos, é impossível funcionar fisicamente por qualquer período de tempo prolongado durante o dia ou a noite. A água nem sempre está disponível e os suprimentos podem ser vulneráveis ​​a interrupções ou aumento de custos.

Uma operação de limpeza de painel solar no deserto, portanto, deve cumprir certos critérios. Por exemplo, ele deve ser capaz de limpar todo o array rapidamente, geralmente em menos de um dia, independentemente do tamanho do array. Isso requer automação, removendo todos os problemas associados a uma força de trabalho manual. A solução deve ser capaz de remover a poeira sem usar água, mas sem arranhar a superfície dos painéis. Também deve ser de origem local, simples e resiliente.

Por um tempo, em 2013 e 2014, uma equipe de pesquisadores da Boston University (BU) estava trabalhando em um dispositivo de autolimpeza chamado sistema eletrodinâmico transparente (EDS), que potencialmente pode ser incorporado a uma matriz de painel solar, embutido nos painéis ou aplicadas às superfícies do painel por meio de um filme serigrafado. O dispositivo funciona usando uma pequena carga elétrica, gerada a partir dos próprios painéis, para elevar as partículas de poeira das superfícies dos painéis. Os testes até agora mostraram que o dispositivo pode erradicar 90 por cento das partículas de areia e poeira depositadas nas superfícies dos painéis solares.

O pesquisador principal, Professor Malay Mazumder, desenvolveu a ideia a partir do exemplo dos pulmões humanos, que possuem pêlos autolimpantes que removem a poeira do sistema respiratório. Mazumber acreditava que poderia aplicar essa ideia a outros sistemas.

A ideia chamou a atenção da NASA em 2003. Eles estavam buscando um sistema que pudesse limpar o equipamento de poeira cósmica em futuras missões a Marte e então eles deram a Mazumder uma bolsa de três anos de $ 750.000 para desenvolver o projeto. Mais financiamento chegou do Escritório de Desenvolvimento de Tecnologia da BU, que lhe concedeu $ 50.000 de financiamento do Prêmio de Ignição como medida temporária. Uma apresentação feita na conferência American Chemical Society em Boston em 2010 resultou em artigos publicados no New York Times e a Daily Telegraph. Mazumder foi então contactado pela Abengoa Solar, uma empresa especializada em energia solar fotovoltaica e energia solar concentrada (CSP) com operações na Estação Geradora de Solana em Gila Bend no Arizona e no Projeto Solar Mojave em Barstow, Califórnia. Até onde se sabe, o dispositivo ainda está em desenvolvimento.

Outra opção foi desenvolvida por Seamus Curran, professor associado de física da Universidade de Houston e diretor do Institute for NanoEnergy, especializado em design, engenharia e montagem de nanoestruturas. Curran e sua equipe de nanofísica também desenvolveram um sistema autolimpante, que consiste em um material nano-hidrofóbico que reveste o painel, evitando o acúmulo de poeira e protegendo contra manchas de água e intempéries. O revestimento forma uma barreira que evita que a água adira à superfície - ela rola para fora da superfície, carregando poeira e sujeira com ela.

O revestimento foi testado no FOCAS Institute, parte do Dublin Institute for Technology, na Irlanda, e funciona em climas marítimos, bem como em ambientes com muita poeira.

Outra abordagem é aquela feita pela usina solar Ketura Sun de 20 acres no deserto de Negev, em Israel, operada pela Siemens AG e Arava Power. Isso usa uma frota de 100 robôs Ecoppia E4 montados em uma estrutura que se move lateralmente ao longo das superfícies do painel enquanto os robôs se movem para cima e para baixo durante a operação de limpeza. Os robôs usam escovas rotativas para limpar os painéis, cada escova com microfibras macias para evitar arranhões. Eles também têm seus próprios minipainéis solares instalados para autogerarem a energia necessária para o processo de limpeza, em vez de extraí-la do painel solar. Ecoppia diz que esta abordagem pode remover 99 por cento do acúmulo de poeira sem a necessidade de preciosos suprimentos de água.

Robô Torresol Energy HECTOR na usina Gemasolar, Sevilha, Espanha [Fonte da imagem: Vídeo da Torresol Energy]

Uma abordagem semelhante é feita pelo sistema de limpeza NOMADD e a planta Gemasolar da Torresol Energy perto de Sevilha, Espanha. O sistema NOMADD foi projetado, desenvolvido e testado pela NOMAD Desert Solar na King Abdullah University for Science and Technology, (KAUST) perto de Jeddah, na Arábia Saudita.

O NOMADD (Dispositivo Mecânico de Pó Automatizado SEM água) é de custo relativamente baixo e projetado para uso na região do Oriente Médio e Norte da África (MENA). Ao contrário da abordagem Torresol Energy, que usa uma pequena quantidade de água aplicada por seus robôs HECTOR, o sistema NOMADD é totalmente isento de água.

No momento, essas duas abordagens, robôs e cargas eletrostáticas, parecem ser os dois caminhos mais promissores para a autolimpeza de sistemas de energia solar do deserto, mas a tecnologia está se desenvolvendo o tempo todo e vários projetos ainda estão em desenvolvimento.

Isso significa que pode haver soluções ainda mais inovadoras em um futuro próximo.


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