Svelato un approccio innovativo: prevedere la durata dei moduli solari in caso di erosione della sabbia

Il 24 febbraio 2025, sono emerse notizie entusiasmanti dalle frontiere della ricerca sull'energia solare. Un gruppo di ricercatori in Algeria ha compiuto progressi significativi nello studio della durabilità dei moduli solari in ambienti sabbiosi. Hanno progettato un nuovissimo banco di prova e formulato una legge di accelerazione unica che tiene conto di due fattori cruciali: la velocità del vento e la densità della sabbia. Questa innovativa metodologia è stata messa alla prova su quattro moduli fotovoltaici (FV) e i risultati sono stati notevoli, indicando durate fino a 47 anni considerando l'impatto della sabbia.

Questa ricerca abbraccia diverse aree importanti del settore dell'energia solare, tra cui la produzione, la valutazione della qualità dei moduli, la gestione dei problemi di inquinamento e la ricerca e sviluppo tecnologica in generale. Si tratta di un contributo significativo, soprattutto per regioni come l'Algeria, nell'Africa settentrionale, dove i paesaggi desertici sono diffusi e il potenziale dell'energia solare è vasto ma ostacolato dall'erosione della sabbia.

Gli scienziati algerini hanno proposto un innovativo banco di prova per l'invecchiamento accelerato, specifico per i moduli fotovoltaici, e hanno sviluppato una legge di accelerazione mai vista prima, studiata appositamente per la degradazione indotta dall'erosione della sabbia. Abdelkader Elkharraz, autore della ricerca, ha dichiarato a pv magazine: "La nostra ricerca si distingue dai modelli esistenti. Abbiamo introdotto una legge progettata esclusivamente per l'erosione della sabbia. Integrando la velocità del vento e la densità della sabbia, possiamo prevedere la durata dei moduli in ambienti desertici con una precisione molto maggiore".

Nelle regioni desertiche, l'erosione della sabbia rappresenta una delle minacce più gravi per l'affidabilità dei moduli fotovoltaici. Il continuo urto delle particelle di sabbia, sospinte dai forti venti, provoca danni sia meccanici che ottici alla superficie del modulo. Questi danni si manifestano in diverse forme: lo strato protettivo in vetro si consuma, il rivestimento antiriflesso si graffia e polvere e detriti si accumulano. Tutti questi fattori si combinano per ridurre la trasmissione della luce e, di conseguenza, la potenza complessiva dei moduli.

Il banco di prova, costruito su misura, è una meraviglia dell'ingegneria. Permette ai ricercatori di controllare con precisione i parametri che influenzano l'erosione della sabbia. È dotato di un meccanismo di alimentazione della sabbia in grado di regolarne la densità, di una ventola a velocità variabile per regolare la velocità del vento e di una fase di rotazione che garantisce che i moduli siano esposti alla sabbia da tutte le angolazioni. Per rendere i test più rappresentativi delle reali condizioni desertiche, hanno utilizzato sabbia proveniente da zone di desertificazione. Questo tipo di sabbia presenta granelli più grandi e di forma irregolare, che rendono l'erosione più intensa.

Il team di ricerca ha selezionato quattro moduli fotovoltaici in silicio monocristallino per i test. Due di questi erano moduli Dinel Solaire da 100 watt nuovi di zecca, mentre gli altri due erano moduli Visel da 80 watt precedentemente utilizzati. Nella condizione di test 1, i moduli sono stati sottoposti a una densità della sabbia di 5,8 g/m³ e a una velocità del vento di 12 m/s. La condizione di test 2 era ancora più rigorosa, con una densità della sabbia di 10,3 g/m³ e una velocità del vento di 15 m/s. Secondo i ricercatori, la condizione 1 simulava un "ambiente fortemente accelerato", mentre la condizione 2 rappresentava "un ambiente ancora più severo e accelerato".

La nuova legge di accelerazione, chiamata Legge di Elkharraz-Boussad dal nome dei suoi creatori, tiene conto della velocità del vento e della densità della sabbia. Calcola il tempo medio di guasto (MTTF), che indica il tempo medio di funzionamento di un sistema prima di guastarsi in condizioni specifiche. Se combinato con un programma di analisi dati basato sulla logica fuzzy, il modello può determinare il fattore di accelerazione (AF). L'AF è una metrica cruciale in quanto quantifica il rapporto tra il tasso di degradazione in condizioni di test accelerate e quello in scenari reali.

Il professor Elkharraz ha spiegato: "Abbiamo correlato i dati raccolti con i dati eolici reali di un impianto solare ad Adrar, in Algeria. Questo set di dati completo è stato poi utilizzato per stimare la durata effettiva di questi moduli in condizioni operative tipiche del deserto."

I risultati sono stati piuttosto rivelatori. Nella regione di Adrar, in Algeria, il loro modello, in combinazione con il programma di analisi dei dati basato sulla logica fuzzy, ha previsto che i moduli VISEL avrebbero avuto una durata significativamente maggiore, pari a 46,8 anni, rispetto ai moduli DINEL, la cui durata stimata era di 31,6 anni. Anche i tassi di degradazione annua hanno confermato questi risultati, con i moduli VISEL che hanno mostrato un tasso dello 0,64% e i moduli DINEL dell'1,38%. Questi tassi sono in linea con le ricerche esistenti, evidenziando il potenziale del modello per prevedere con precisione la durata dei moduli in aree soggette a sabbia.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati nell'articolo "A novel acceleration law for sand erosion degradation of photovoltaic modules" sulla rivista Renewable Energy. Scienziati dell'Università Ahmed Draia di Adrar, dell'Università di Medea e del Renewable Energy Development Center (CDER) hanno collaborato a questa ricerca innovativa.