Pesquisadores do Instituto Indiano de Tecnologia Bombay (IIT Bombay) conduziram uma investigação aprofundada sobre como a limpeza robótica afeta os revestimentos anti-sujidade utilizados em módulos solares. Os resultados revelam que a presença de poeira durante os ciclos de limpeza pode reduzir significativamente a vida útil desses revestimentos, um achado crucial para a otimização da manutenção de usinas solares.

Poeira: O Principal Vilão da Durabilidade

O estudo, focado na degradação por abrasão, utilizou uma bancada de testes de limpeza acelerada que emula condições reais de campo. A equipe avaliou os efeitos da poeira durante a limpeza, o material da escova, a direção de rotação da escova e a velocidade horizontal de limpeza em quatro revestimentos hidrofóbicos comerciais.

"Usando uma bancada de testes de limpeza acelerada que emula condições de campo relevantes, estudamos os efeitos da poeira durante a limpeza, o material da escova, a direção de rotação da escova e a velocidade horizontal de limpeza em quatro revestimentos hidrofóbicos comerciais", explicou Sonali Bhaduri, autora correspondente do estudo, à pv magazine.

A descoberta mais impactante foi o papel da poeira. A presença de partículas durante o processo de escovação mostrou-se o fator de estresse mais prejudicial, diminuindo a vida útil do revestimento para aproximadamente 1/82 daquela observada em limpezas realizadas sem poeira.

"Descobrimos que a poeira durante a limpeza foi o estressor mais danoso, reduzindo a vida útil do revestimento para aproximadamente 1/82 do observado ao limpar sem poeira", afirmou Bhaduri.

Outros parâmetros operacionais também tiveram impacto considerável. O uso de um material de escova mais duro reduziu a vida útil do revestimento em cerca de um terço. Da mesma forma, a rotação da escova na direção do movimento diminuiu a durabilidade em aproximadamente um terço, em comparação com outras configurações de rotação. A redução da velocidade de deslocamento da escova de 0,4 metros por segundo para 0,1 metros por segundo também resultou em uma redução da vida útil do revestimento em cerca de um terço.

Metodologia e Revestimentos Avaliados

Os pesquisadores avaliaram quatro revestimentos hidrofóbicos anti-sujidade comerciais, identificados como A, B, C e D. Os revestimentos A, B e D eram à base de fluoropolímero, enquanto o revestimento C era à base de fenilsilicone. Nenhum deles apresentava propriedades antirreflexivas, e sua transmitância ponderada solar inicial era comparável à do vidro não revestido.

Para simular as condições de campo, a equipe desenvolveu uma bancada de testes de abrasão interna capaz de reproduzir estressores como ciclos térmicos, formação de orvalho, deposição de poeira e limpeza por escovação. As amostras eram resfriadas a 21°C, recebiam uma névoa de água, poeira era depositada e, em seguida, eram aquecidas a 65°C. Uma carga de poeira de 0,2 miligramas por centímetro quadrado representava aproximadamente duas semanas de sujidade natural nas condições do IIT Bombay, com deposição uniforme controlada.

Foram utilizados três protocolos de exposição para avaliar combinações de estressores:

  • Ciclos de apenas limpeza (only-clean)
  • Ciclos de orvalho-secagem-limpeza (dew-dry-clean)
  • Ciclos de orvalho-poeira-secagem-limpeza (dew-dust-dry-clean)

Parâmetros idênticos de escovação, principalmente envolvendo uma escova rotativa de Nylon 6,12, permitiram comparações consistentes da durabilidade do revestimento sob abrasão repetida. O desempenho do revestimento foi avaliado medindo ângulos de contato e de rolamento, rugosidade da superfície, transmitância média ponderada e imagens de fase por microscopia de força atômica (TM-AFM). Análises adicionais quantificaram a cobertura da área do revestimento, propriedades da poeira, danos à escova e eficácia da limpeza. A falha do revestimento foi definida como uma diminuição do ângulo de contato abaixo de 90 graus.

Resultados Detalhados da Degradação

A análise confirmou que a poeira foi o estressor dominante na degradação dos revestimentos anti-sujidade, seguida pelo orvalho. Após 120 ciclos de teste, todos os revestimentos apresentaram mudanças significativas no ângulo de rolamento, enquanto os revestimentos A e C também sofreram reduções significativas na transmitância média ponderada. O revestimento C mostrou-se particularmente vulnerável, sendo completamente removido após 120 ciclos. A própria escova de Nylon 6,12 também sofreu danos químicos, mecânicos e morfológicos.

A direção de rotação da escova influenciou fortemente a abrasão. Quando a escova girava na direção do movimento, ela arrastava partículas de poeira pela superfície, causando arranhões severos. Revestimentos expostos a essa configuração apresentaram vidas úteis mais curtas do que aqueles submetidos à rotação oposta à direção do movimento ou à rotação convencional no sentido horário. Após 550 ciclos de abrasão, o desempenho anti-sujidade diminuiu em todas as condições de rotação, e o revestimento C foi completamente removido, independentemente da direção de rotação.

A velocidade de limpeza também desempenhou um papel significativo. Reduzir a velocidade horizontal da escova de 0,4 m/s para 0,1 m/s aumentou o contato da cerda com a superfície e acelerou a degradação do revestimento. A 0,1 m/s, 10 fileiras de tufos de cerdas entravam em contato com o vidro durante cada passagem, em comparação com quatro fileiras a 0,4 m/s, resultando em maior abrasão. Após 3.700 ciclos, o revestimento C havia perdido cerca de 50% de sua cobertura superficial em ambas as velocidades de limpeza, enquanto a escovação mais lenta resultou em uma maior redução na dureza das cerdas. O material da escova também afetou a durabilidade do revestimento, embora todas as quatro escovas testadas tenham proporcionado eficácia de limpeza semelhante.

Recomendações para Otimizar a Limpeza Robótica

Os resultados gerais indicam que a durabilidade do revestimento depende fortemente de estressores ambientais e condições de limpeza. Poeira, escovas mais duras, rotação na direção do movimento e movimento mais lento da escova causam a degradação mais severa.

Com base nessas descobertas, os pesquisadores propuseram várias medidas para minimizar os danos por abrasão durante a limpeza sem água de módulos fotovoltaicos:

  • Otimizar intervalos de limpeza: Para evitar o acúmulo excessivo de poeira, pois maiores quantidades de poeira depositada podem intensificar a abrasão durante a limpeza.
  • Usar escovas com cerdas mais macias: Que exerçam pressão mínima na superfície do módulo, como a escova de tecido de microfibra testada no estudo.
  • Evitar rotação da escova na direção do movimento: Essa configuração aumenta as interações entre partículas de poeira, cerdas da escova e a superfície do módulo.
  • Evitar baixas velocidades horizontais da escova: O movimento mais lento aumenta a interação cerda-superfície e acelera a degradação do revestimento.

A pesquisa foi apresentada no artigo "Factors Influencing the Abrasion Damage to Antisoiling Coatings on Photovoltaic Modules", publicado na revista Progress in Photovoltaics. A mesma equipe de pesquisa investigou recentemente o impacto da chuva em revestimentos anti-sujidade para painéis solares, descobrindo que a vida útil do revestimento pode variar significativamente dependendo do clima local e das condições de instalação.

O que isso significa para a região

Para o Norte Pioneiro do Paraná, onde a LZ7 Energia atua, a manutenção eficiente e duradoura dos painéis solares é fundamental. A região, embora não tenha desertos, pode apresentar períodos de seca e acúmulo de poeira, especialmente em áreas rurais ou próximas a estradas não pavimentadas. A compreensão dos fatores que degradam os revestimentos anti-sujidade é vital para garantir a longevidade e a eficiência dos sistemas fotovoltaicos instalados. Ao adotar as melhores práticas de limpeza robótica, baseadas em pesquisas como esta, é possível reduzir custos de manutenção a longo prazo e maximizar a geração de energia. Isso se traduz em maior economia para os consumidores e empresas que investem em energia solar, fortalecendo o mercado local e a sustentabilidade energética.

Leitura da LZ7 Energia

A pesquisa do IIT Bombay destaca a importância crítica da manutenção adequada para a longevidade e eficiência dos painéis solares, especialmente em relação aos revestimentos anti-sujidade. Para a LZ7 Energia e seus clientes no Norte Pioneiro do Paraná, isso significa que a escolha de tecnologias de limpeza robótica e a definição de protocolos de manutenção devem considerar cuidadosamente os fatores de abrasão. A poeira, comum em diversas localidades da região, pode ser um agente de degradação mais potente do que se imaginava. Ao otimizar os intervalos de limpeza, utilizar escovas com materiais adequados e ajustar a velocidade e direção de rotação, é possível preservar os revestimentos, garantindo a máxima transmitância solar e, consequentemente, a maior geração de energia. Isso impacta diretamente a economia na conta de luz dos consumidores e a rentabilidade dos investimentos em energia solar, reforçando a necessidade de soluções inteligentes e duradouras no setor.

Fonte: PV Magazine — Solar global — matéria original publicada em pv-magazine.com. Imagens e vídeos: PV Magazine — Solar global. Texto apurado e reescrito pela redação da LZ7 Energia.