Un team di ricerca della City University di Hong Kong ha sviluppato un metodo per la pulizia dei pannelli solari che riduce il consumo di acqua di oltre l'80%. La tecnica, pubblicata su Nature Sustainability, raggiunge tassi di rimozione dei contaminanti fino al 99.9%. Si basa su principi osservati nelle ali delle farfalle e nelle foglie delle piante.
Un problema crescente per gli operatori del settore solare
Gli impianti solari in tutto il mondo si trovano ad affrontare una sfida costante in termini di manutenzione. Polvere, sabbia e inquinamento si accumulano sulle superfici dei pannelli, riducendo la produzione di energia. Il settore solare globale utilizza attualmente oltre 12 miliardi di galloni d'acqua all'anno per la pulizia. Questa cifra è destinata ad aumentare con l'espansione degli impianti. Nelle regioni aride, dove il potenziale solare è maggiore, la scarsità d'acqua rende sempre più difficile giustificare il lavaggio ad alta pressione convenzionale.
Lo sporco sui pannelli può ridurre significativamente la produzione di energia. Per i grandi impianti solari che operano con margini di profitto ridotti, le conseguenze finanziarie sono concrete. I sistemi di pulizia che preservano la produzione riducendo al contempo il consumo di acqua rivestono un'importanza sia ambientale che commerciale.
Come funziona il sistema di pulizia a gocce
Il team della City University di Hong Kong, guidato dal professor Steven Wang, ha collaborato con ricercatori dell'Imperial College di Londra e dell'Istituto di Ingegneria di Processo di Pechino. Il loro sistema sfrutta il comportamento fisico delle gocce d'acqua all'impatto. Quando una goccia colpisce la superficie di un pannello, si espande verso l'esterno e poi si ritrae. Questa espansione e il successivo ritorno generano forze idrodinamiche che sollevano e spostano le particelle dalla superficie.
Il team ha chiamato la tecnica "pulizia a gocce liquide". Utilizza circa un decimo dell'acqua necessaria per la pulizia standard con getto liquido. I ricercatori hanno scoperto che l'efficienza di pulizia segue un andamento non lineare. Un'energia d'impatto moderata ha prodotto risultati migliori rispetto alla forza massima. Nei test che utilizzavano particelle di sabbia per simulare le condizioni del deserto, le gocce ottimizzate hanno rimosso i contaminanti con maggiore costanza rispetto agli approcci ad alta energia.
Il professor Wang ha affermato che il team ha progettato il metodo per conservare le risorse idriche e al contempo migliorare la diffusione delle energie rinnovabili. Il sistema è in grado di gestire anche particelle più pesanti, comprese quelle con densità diverse volte superiori a quella dell'acqua. Ciò ne amplia il potenziale utilizzo oltre la semplice polvere superficiale.
Cosa ha scoperto la ricerca
L'articolo pubblicato su Nature Sustainability riporta una rimozione dei contaminanti fino al 99.9% sui pannelli solari con rivestimento superidrofobico. Il consumo di acqua si è ridotto di oltre l'80% rispetto ai metodi convenzionali. Questi dati provengono da condizioni di laboratorio. La validazione indipendente sul campo su larga scala non è ancora stata pubblicata e le prestazioni reali possono variare a seconda del rivestimento del pannello, del tipo di particelle e delle condizioni climatiche locali.
Lo studio si ispira alla biomimetica. Le ali delle farfalle e alcune foglie delle piante rilasciano acqua e detriti attraverso microstrutture superficiali. I ricercatori hanno applicato questa logica fisica alla pulizia dei pannelli. Il sistema a gocce riproduce alcune di queste proprietà senza richiedere componenti meccanici complessi.
Implicazioni per l'industria solare
Il settore solare è sotto pressione per ridurre il proprio impatto ambientale. Il consumo di acqua nella manutenzione dei pannelli è uno degli ambiti in cui questa pressione è più evidente. L'Agenzia Internazionale dell'Energia ha previsto una rapida crescita della capacità solare fino al 2030, in particolare nelle regioni soleggiate e con scarsità idrica del Medio Oriente, del Nord Africa e di alcune zone dell'Asia meridionale. Le soluzioni di pulizia che richiedono meno acqua sono quindi particolarmente rilevanti per questi contesti di installazione.
Il team della City University afferma che il sistema è particolarmente promettente per i grandi impianti solari nelle regioni aride. In questi ambienti, la concentrazione di polveri è elevata e l'accesso all'acqua è limitato. Un metodo di pulizia che affronti entrambe le problematiche contemporaneamente ha un evidente valore pratico.
La ricerca non include ancora una tempistica per l'implementazione commerciale. Il team ha dimostrato la validità del metodo su scala di laboratorio. Resta da vedere se l'approccio possa essere prodotto e implementato in modo economicamente vantaggioso su impianti di grandi dimensioni. Gli investitori e gli sviluppatori che prendono in considerazione questa tecnologia vorranno visionare i risultati delle prove sul campo e le valutazioni dei costi prima di trarre conclusioni definitive.
Il professor Wang e i suoi colleghi hanno ottenuto un risultato tecnicamente valido. La combinazione di elevati tassi di rimozione e basso consumo idrico risolve un problema operativo reale. Il percorso dalla scoperta in laboratorio all'adozione su larga scala è lungo. Le prove a disposizione, in questa fase, sono promettenti.
