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MEDICIÓN DEL EFECTO DE LAS PARTÍCULAS DE POLVO
EN LA GENERACIÓN DE POTENCIA EN MÓDULOS
SOLARES FOTOVOLTAICOS
MEASUREMENT OF THE EFFECT OF DUST PARTICLES ON POWER GENERATION
IN SOLAR PHOTOVOLTAIC MODULES
Adelmo Miranda
1
, Hector Villatoro
2
, Franklin Martinez
3
Recibido: 30/3/2023 y Aceptado: 9/5/2023
ENERLAC. Volumen VII. Número 1. Julio, 2023 (96 - 109)
ISSN: 2602-8042 (impreso) / 2631-2522 (digital)
Foto de Sungrow EMEA de Unsplash.
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RESUMEN
La acumulación de partículas de polvo es un
factor importante que puede afectar el rendi-
miento y la eficiencia de los módulos solares
fotovoltaicos, puede reducir la cantidad de luz
solar que llega a las células fotovoltaicas, lo
que disminuye la cantidad de energía eléctrica
generada. Además, la acumulación de partículas
de polvo puede afectar la capacidad de los módu-
los solares para disipar el calor, lo que provoca
un aumento de la temperatura del módulo y esto
reduce la eficiencia de las células fotovoltaicas.
El objetivo de esta investigación es medir el im-
pacto de las partículas de polvo en la generación
de potencia de los módulos solares fotovoltaicos
sobre terracería y sobre concreto para determinar
cómo la acumulación de partículas de polvo
afecta su eficiencia. Para esta investigación se
utilizaron dos módulos solares fotovoltaicos,
uno de referencia (se limpiaba diariamente) y
uno de prueba (sin limpieza), esto para medir la
disminución de potencia generada por el módulo
de prueba con respecto al módulo de referencia.
También, se utilizó un contador de partículas de
polvo para contar la cantidad de partículas
de polvo acumuladas sobre la superficie del
módulo solar fotovoltaico. Existieron pérdidas
de hasta 17.9 W de potencia en el módulo de
prueba con respecto al módulo de referencia,
factores como la lluvia resultaron en una varia-
ción de potencia generada por el módulo solar
fotovoltaico de prueba. La presente investigación
define el efecto que tiene la acumulación de
partículas de polvo en la reducción de potencia
en los módulos solares fotovoltaicos.
Palabras clave: Módulo solar fotovoltaico,
Acumulación de partículas de polvo, Pérdidas de
potencia, Potencia máxima, Energía generada.
1 Universidad Tecnológica Centroamérica. Honduras
adelmojose1301@unitec.edu
2 Universidad Tecnológica Centroamérica. Honduras
hvillatoro@unitec.edu
3 Universidad Tecnológica Centroamérica. Honduras
franklin_martinez@unitec.edu
98
ABSTRACT
The accumulation of dust particles is an
important factor that can affect the perfor-
mance and efficiency of photovoltaic solar
modules. It can reduce the amount of sunlight
reaching the photovoltaic cells, which decreases
the amount of electrical energy generated.
Additionally, the accumulation of dust particles
can affect the ability of the solar modules to
dissipate heat, which results in an increase in
module temperature and reduces the efficiency
of the photovoltaic cells. This research aims
to measure the impact of dust particles on the
power generation of photovoltaic solar modules
on soil and concrete surfaces to determine how
the accumulation of dust particles affects their
efficiency. For this research, two photovoltaic
solar modules were used, one as a reference
(daily cleaned) and the other as a test module
(uncleaned), to measure the decrease in power
generated by the test module with respect to the
reference module. A dust particle counter was
also used to count the amount of dust particles
accumulated on the surface of the photovoltaic
solar module. Results showed losses of up to
17.9 W in the test module with respect to the
reference module. Factors such as rain resulted
in variation in power generated by the photo-
voltaic solar modules. This research defines the
effect that the accumulation of dust particles
has on the reduction of power in photovoltaic
solar modules.
Keywords: Photovoltaic solar module,
accumulation of dust particles, power losses,
maximum power, energy generation
INTRODUCCIÓN
La energía solar fotovoltaica se ha convertido
en una de las tecnologías más prometedoras
para la generación de energía limpia y renovable
en el mundo. Según (Huld & Fthenakis, 2018)
la energía solar posee un alto potencial para
satisfacer la creciente demanda de energía
eléctrica a nivel global. Si se gestiona de ma-
nera adecuada, la energía solar puede proveer
aproximadamente el 23% de la demanda
mundial de electricidad para el 2030, y aumen-
tar a un 36% para el año 2050.
Los módulos solares fotovoltaicos son compo-
nentes vitales en los sistemas de energía solar
y su eficiencia es crucial para maximizar la
generación de energía eléctrica. De acuerdo con
(Mohanty, 2021) la eficiencia de los módulos
solares fotovoltaicos afecta significativamente
la producción de energía, especialmente en
áreas con altas temperaturas, fuentes cercanas
de polvo y humedad.
La acumulación de partículas de polvo puede
tener un impacto significativo en la eficiencia
de la generación de energía de los módulos
solares fotovoltaicos. En una investigación de la
literatura científica sobre el impacto de las
partículas de polvo en la generación de potencia
en los módulos solares realizado por (Alghoul,
Ali, & Hussain, 2019) encontró que la acumu-
lación de polvo puede reducir la eficiencia de
los módulos solares fotovoltaicos hasta en un
50% y también señaló que este es un problema
común en muchas regiones del mundo, y que
hay una necesidad urgente de desarrollar tecno-
logías y estrategias para mitigar este problema.
(Kumar & Pandey, 2017) investigó el impacto
de la acumulación de polvo en la superficie de
los módulos solares. El estudio concluyó que
la acumulación de polvo redujo la eficiencia de
los módulos solares hasta en un 50%. (Kumar,
Kumar, & Singh, 2013) en un estudio realizado
en Rajasthan, India en el cual se investigó el
efecto del polvo en la producción de energía de
los módulos solares concluyeron que la acu-
mulación de polvo reducía la producción de
energía en un 17% en promedio. Además, se
encontró que la reducción era mayor en los
meses de verano debido a la acumulación de polvo
y arena. De acuerdo con (Rosas & Gill, 2021),
en un periodo de tres meses de operación en
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Miranda, Adelmo; Villatoro, Héctor; Martínez, Franklin
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una instalación de módulo solares fotovoltaicos
sobre techo se registraron pérdidas de potencia
y disminución de rendimiento de 17.91 – 3.27%
respectivamente, esto debido a la acumulación
de partículas de polvo sobre la superficie de los
módulos solares fotovoltaicos y recomendaron
que el tiempo de limpieza de los módulos debe
realizarse cada tres meses.
Similar a los estudios mencionados anterior-
mente, este estudio tiene como objetivo medir
el impacto de las partículas de polvo en la
generación de potencia de los módulos solares
fotovoltaicos sobre dos superficies diferentes,
terracería y concreto. Se realizaron mediciones
de potencia y de partículas de polvo en dos
módulos solares fotovoltaicos durante 10 días
para cada superficie. Uno de los módulos se
mantuvo en constante limpieza y el otro no
se limpió ningún día.
Esta investigación está dividida en cinco
capítulos. En el primer capítulo se presenta el
problema, así como los objetivos que se esperan
cumplir en el estudio. El segundo capítulo es
el marco teórico donde se explican todos los
términos de la energía solar y los factores
de ensuciamiento de los módulos solares
fotovoltaicos. En el tercer capítulo se discute
la metodología de la investigación, así como
nuestra variable dependiente e independiente.
En el cuarto capítulo se presentan los resulta-
dos y su análisis en función de los objetivos
planteados. Para terminar el quinto capítulo
presenta las conclusiones y se brindan reco-
mendaciones para próximos estudios.
METODOLOGÍA
La investigación tiene un enfoque cuantitativo
ya que se realizó una recolección y análisis de
datos numéricos y estadísticos para obtener
resultados cuantificables. Se recolectaron datos
de corriente continua, voltaje continuo y poten-
cia generada durante tres semanas para cada
una de las siguientes superficies: terracería y
concreto. El objetivo era determinar la potencia
generada por el módulo fotovoltaico y la acu-
mulación de las partículas de polvo en un rango
de tamaños que van desde 0.3 µm hasta 10 µm.
Un módulo se mantuvo limpio como módulo
de referencia, mientras que el otro se dejó sin
limpiar para realizar comparaciones diarias y
evaluar las pérdidas de potencia.
Para este estudio, nuestra variable indepen-
diente serán las partículas de polvo de 0.3µm,
2.5 µm, y 10µm presentes en el módulo solar.
La acumulación de partículas de polvo sobre la
superficie del módulo solar tendrá un efecto en
la generación de potencia eléctrica del módulo
solar. Nuestra variable dependiente será la gene-
ración de potencia eléctrica del módulo solar,
ya que esta potencia eléctrica se verá afectada
por la acumulación de partículas de polvo.
Durante un periodo de diez días, el estudio sobre
terracería y concreto, en la ciudad de San Pedro
Sula, Honduras la cual tiene en aproximado
una irradiación global diaria de 5.2 kWh/m
2
(SOLARGIS, 2020), se llevó a cabo con dos
módulos solares fotovoltaicos. Un módulo se
mantuvo en constante limpieza como módulo
de referencia y se limpió dos veces al día, a las
8 a.m. y antes de realizar las mediciones.
La energía solar
fotovoltaica se ha
convertido en una de las
tecnologías más
prometedoras para la
generación de energía
limpia y renovable en el
mundo
100
Para esto, se aplicó agua a temperatura ambien-
te sobre el panel con una toalla absorbente
limpia para evitar cambios bruscos en la
temperatura del módulo y se secó con una
toalla absorbente sin aplicar agua sobre el
módulo antes de realizar las mediciones. El
otro módulo se mantuvo sin limpieza durante
todo el estudio. Cabe resaltar que para
este estudio no se tomaron en cuenta factores
como la humedad, temperatura de los módu-
los y otro tipo de suciedad.
Para este estudio se utilizaron módulos solares
policristalinos de 445 W de potencia con las
siguientes características:
Bajo las Condiciones de prueba estándar,
irradiancia de 1,000 W/m
2
Tabla 1. Especificaciones de módulo solar utilizado para este estudio
Potencia máxima nominal 445 W
Voltaje de potencia máxima 40.9 V
Corriente de potencia máxima 10.89 A
Eficiencia del módulo 20.1%
Voltaje máximo del sistema 1500 V
Corriente de corto circuito 11.54 A
Voltaje de circuito abierto 48.9 V
Fuente: Elaboración propia con información tomada de (Ficha técnica de módulo solar CanadianSolar, 2020)
Para las mediciones eléctricas, se empleó un
multímetro diseñado para módulos solares
fotovoltaicos, que permitió conectar las salidas
de los módulos con el multímetro. Para la
medición de las partículas de polvo se utilizó un
contador de partículas de polvo de 0.3 μm, 2.5μm
y 10μm. Se hicieron un total de nueve mediciones
diarias, comenzando a las 8:00 AM y terminando
a las 5:30 PM. El método de conteo consistió
en colocar el contador de partículas de polvo
sobre la superficie del módulo solar sin despe-
garlo en ningún momento y pasar el contador
de partículas de polvo por toda la superficie del
módulo. Se programó el contador de partículas
de polvo para hacer el conteo de partículas en
un intervalo de 2 minutos. Al final de cada día,
se registraron los datos, que fueron revisados y
archivados en Excel.
RESULTADOS Y ANÁLISIS
Se realizó una evaluación de las pérdidas
de potencia nominal y el rendimiento de los
módulos solares fotovoltaicos a través de cálculos
de pérdidas de potencia. De la misma forma, se
investigó cómo el incremento de la cantidad
de partículas de polvo acumulado incide en las
pérdidas nominales de potencia. En este estudio,
se descartó la contaminación generada por los
seres vivos, como el excremento de aves, así como
también la presencia de objetos o cuerpos de un
tamaño mayor a 10 µm.
A. Para las mediciones sobre terracería ob-
tuvimos los siguientes resultados
El día que se presentó la mayor cantidad de
pérdidas de potencia sobre terracería fue el tercer
día de medición, se presentaron pérdidas de 17.9
W en el módulo solar de prueba con respecto al
módulo solar de referencia.
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Figura 2. Energía eléctrica generada por ambos módulos solares
Fuente: Elaboración propia
Figura 1. Comparación de módulo solar de referencia con módulo solar de prueba
Fuente: Elaboración propia
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Potencia [W]
7:00 AM 8:00 AM 9:00 AM 10:00 AM 12:00 AM 1:00 PM
Hora de medición
Módulo solar de referencia (limpio) Módulo solar de prueba (sucio)
2:00 PM 3:30 PM 4:30 PM 5:30 PM
3,200
2,700
2,200
1,700
1,200
700
200
Energía [Wh]
Días de medición
9/2/2023 10/2/2023 11/2/2023 12/2/2023 13/2/2023 14/2/2023 15/2/2023 17/2/2023
Módulo solar de referencia (limpio) Módulo solar de prueba (sucio)
Para el cálculo de pérdidas de energía se utilizó
la suma de Reimann, la cual consiste en una suma
de aproximación del área bajo la curva de la
potencia eléctrica generada por ambos módulos
solares. La mayor cantidad de energía eléctrica
generada por el módulo solar de referencia
(limpio) fue de 2,793.61 Wh, mientras el módulo
solar de prueba (sucio) la mayor cantidad de
energía eléctrica que generó fueron 2,748.50 Wh.
La mayor cantidad de pérdidas de energía eléc-
trica en el módulo solar de prueba (sucio) se
presentó el tercer día de medición (11 de febrero),
se registraron pérdidas de 59.31 Wh durante
el día.
102
Durante los diez días de medición se encontraron la siguiente cantidad de partículas de polvo de
0.3 µm, 2.5 µm, y 10 µm.
Figura 3. Cantidad de partículas de polvo de 0.3 µm en módulo solar de prueba
Fuente: Elaboración propia
El día 11 de febrero a las 12:30 PM fue el día que se registró la mayor cantidad de pérdidas de poten-
cia en el módulo de prueba y de la misma manera el incremento de partículas de polvo de 0.3µm
incrementó linealmente con un total de 175,120 partículas.
Figura 4. Cantidad de partículas de polvo de 2.5 µm en módulo solar de prueba
Fuente: Elaboración propia
200,000
180,000
160,000
140,000
120,000
100,000
80,000
60,000
40,000
20,000
0
Cantidad de partículas de polvo de 0.3 μm
8:00 AM
9/2/2023
10/2/2023
11/2/2023
12/2/2023
13/2/2023
14/2/2023
15/2/2023
17/2/2023
9:00 AM 10:00 AM 12:00 AM 1:00 PM
Hora de medición
2:00 PM 3:30 PM 4:30 PM 5:30 PM
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Cantidad de partículas de polvo de 2.5 μm
8:00 AM
9/2/2023
10/2/2023
11/2/2023
12/2/2023
13/2/2023
14/2/2023
15/2/2023
17/2/2023
9:00 AM 10:00 AM 12:00 AM 1:00 PM
Hora de medición
2:00 PM 3:30 PM 4:30 PM 5:30 PM
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El día 11 de febrero a las 12:30 PM fue el día que se registró la mayor cantidad de pérdidas de potencia
en el módulo de prueba y de la misma manera el incremento de partículas de polvo de 2.5µm incrementó
linealmente con un total de 1,470 partículas.
Figura 5. Cantidad de partículas de polvo de 10 µm en módulo solar de prueba
Fuente: Elaboración propia
Cantidad de partículas de polvo de 10 μm
350
300
250
200
150
100
50
0
8:00 AM 9:00 AM 10:00 AM 12:00 AM 1:00 PM
Hora de medición
2:00 PM 3:30 PM 4:30 PM 5:30 PM
9/2/2023
10/2/2023
11/2/2023
12/2/2023
13/2/2023
14/2/2023
15/2/2023
17/2/2023
El día 11 de febrero a las 12:30 PM fue el día que se
registró la mayor cantidad de pérdidas de poten-
cia en el módulo de prueba y de la misma manera
el incremento de partículas de polvo de 10µm
incrementó linealmente con un total de 270
partículas.
B. Para las mediciones sobre terracería
obtuvimos los siguientes resultados
El día que se presentó la mayor cantidad de
pérdidas de potencia sobre terracería fue el
tercer día de medición, se presentaron pérdidas
de 18.4 W en el módulo solar de prueba con
respecto al módulo solar de referencia.
Foto de Forrest Cavale de Unsplash.
104
Figura 7. Energía eléctrica generada por ambos módulos solares
Fuente: Elaboración propia
Figura 6. Comparación de módulo solar de referencia con módulo solar de prueba
Fuente: Elaboración propia
Potencia [W]
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
7:00 AM 8:00 AM 9:00 AM 10:00 AM 12:00 AM 1:00 PM
Hora de medición
Módulo solar de referencia (limpio) Módulo solar de prueba (sucio)
2:00 PM 3:30 PM 4:30 PM 5:30 PM
Energía [W]
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
22/2/2023 23/2/2023
Módulo solar de referencia (limpio)
Días de medición
Módulo solar de prueba (sucio)
24/2/2023 25/2/2023 26/2/2023 27/2/2023 28/2/2023 1/3/2023 2/3/2023 3/3/2023
Para el cálculo de la energía eléctrica generada
por el módulo solar de referencia y por el
módulo solar de prueba se utilizó la suma
de Reimann, la cual consiste en una suma de
aproximación del área bajo la curva de la poten-
cia eléctrica generada por ambos módulos
solares. La mayor cantidad de energía eléctrica
generada por el módulo de referencia fue de
3419.25 Wh, mientras el módulo solar de
prueba la mayor cantidad de energía eléctrica
que generó fueron 3301.2 Wh. La mayor canti-
dad de pérdidas de energía eléctrica en el
módulo solar de prueba sucio se presentó el
último día de medición (3 de marzo), se regis-
traron pérdidas de 157.15 Wh durante el día.
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Figura 8. Cantidad de partículas de polvo de 0.3 µm en módulo solar de prueba
Fuente: Elaboración propia
El día 3 de marzo a las 3:30 PM fue el día que se
registró la mayor cantidad de pérdidas de potencia
en el módulo de prueba y de la misma manera
el incremento de partículas de polvo de 0.3µm
incrementó linealmente con un total de 211,457
partículas. Durante el tiempo de medición no se
presentó ningún tipo de lluvia, lo cual es óptimo
para nuestro estudio, ya que las partículas de
polvo no fueron limpiadas por la lluvia.
Cantidad de partículas de polvo de 0.3 μm
8:00 AM 9:00 AM 10:00 AM 12:00 AM 1:00 PM
Hora de medición
2:00 PM 3:30 PM 4:30 PM 5:30 PM
220,000
200,000
180,000
160,000
140,000
120,000
100,000
80,000
22/2/2023
23/2/2023
24/2/2023
25/2/2023
26/2/2023
27/2/2023
28/2/2023
1/3/2023
2/3/2023
3/3/2023
El día 3 de marzo a las 3:30 PM fue el día que
se registró la mayor cantidad de pérdidas de
potencia en el módulo de prueba y de la misma
manera el incremento de partículas de polvo de
2.5µm incrementó linealmente con un total de
2,951 partículas. Durante el tiempo de medición
no se presentó ningún tipo de lluvia, lo cual es
óptimo para nuestro estudio, ya que las partículas
de polvo no fueron limpiadas por la lluvia.
Cuando hay una
acumulación de partículas
sobre la superficie de un
módulo solar, se reduce la
cantidad de luz solar que llega
a las células fotovoltaicas, por
ende, la generación de energía
disminuye.
106
Figura 10. Cantidad de partículas de polvo de 10 µm en módulo solar de prueba
Fuente: Elaboración propia
Figura 9. Cantidad de partículas de polvo de 2.5 µm en módulo solar de prueba
Fuente: Elaboración propia
Cantidad de partículas de polvo de 2.5 μm
8:00 AM 9:00 AM 10:00 AM 12:00 AM 1:00 PM
Hora de medición
2:00 PM 3:30 PM 4:30 PM 5:30 PM
3,100
2,600
2,100
1,600
1,100
600
100
22/2/2023
23/2/2023
24/2/2023
25/2/2023
26/2/2023
27/2/2023
28/2/2023
1/3/2023
2/3/2023
3/3/2023
Cantidad de partículas de polvo de 10 μm
8:00 AM 9:00 AM10:00 AM12:00 AM1:00 PM
Hora de medición
2:00 PM 3:30 PM 4:30 PM5:30 PM
600
500
400
300
200
100
0
22/2/2023
23/2/2023
24/2/2023
25/2/2023
26/2/2023
27/2/2023
28/2/2023
1/3/2023
2/3/2023
3/3/2023
El día 3 de marzo a las 3:30 PM fue el día que
se registró la mayor cantidad de pérdidas de
potencia en el módulo de prueba y de la misma
manera el incremento de partículas de polvo de
10µm incrementó linealmente con un total de
458 partículas. Durante el tiempo de medición
no se presentó ningún tipo de lluvia, lo cual es
óptimo para nuestro estudio, ya que las partículas
de polvo no fueron limpiadas por la lluvia.
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CONCLUSIONES
La acumulación de partículas de polvo ha sido
una gran problemática para la generación
de potencia eléctrica en los módulos solares
fotovoltaicos. Cuando hay una acumulación de
partículas sobre la superficie de un módulo
solar, se reduce la cantidad de luz solar que
llega a las células fotovoltaicas, por ende, la
generación de energía disminuye. De igual for-
ma, la eficiencia de un módulo solar se ve
afectada debido a la acumulación de partículas
de polvo, lo cual representa una pérdida en el
retorno de la inversión para proyectos a gran
escala. Para este estudio se realizaron medicio-
nes de potencia y de partículas de polvo en
diferentes horas del día en dos módulos solares,
uno se utilizó como módulo solar de referen-
cia (limpieza diaria) y el otro se utilizó como
módulo solar de prueba (sucio), se hizo esto para
poder medir como afecta la acumulación de
partículas de polvo en el módulo solar de prueba
en comparación con el módulo solar de referen-
cia. Se obtuvo los siguientes resultados:
• El porcentaje de pérdidas del módulo solar
de prueba con respecto al módulo solar de
referencia fue en promedio de 5% sobre
concreto y de 3.81% en promedio sobre terra-
cería, durante diez días de medición para
cada una de las superficies.
• Durante diez días de medición sobre con-
creto se concentraron un total de 207,921
partículas de polvo de 0.3µm, 2,987 partículas
de polvo de 2.5µm y 498 partículas de polvo
de 10 µm. Para terracería se encontraron
un total de 179,250 partículas de polvo de
0.3 µm, 1,401 partículas de polvo de 2.5 µm, y
313 partículas de polvo de 10µm.
• La mayor cantidad de pérdidas de poten-
cia eléctrica en el módulo solar de fuera
fueron de 17.9 W sobre terracería y de 18.6 W
sobre concreto.
• La energía eléctrica generada por el módulo
solar de prueba fue inferior en promedio un
2.91% con respecto al módulo solar de refe-
rencia sobre concreto, siendo 157.15 Wh
la mayor pérdida registrada en un día de
medición. Sobre terracería la energía eléctrica
fue inferior en promedio un 2.3% con res-
pecto al módulo solar de referencia, siendo
59.31Wh la mayor pérdida registrada en un
día de medición.
La mayor limitante para esta investigación fueron
las condiciones climatológicas. Durante nuestras
mediciones sobre terracería se presentaron
lluvias y cielos completamente nublados du-
rante los últimos cinco días de medición, lo
cual resultó en la limpieza natural de nuestro
módulo solar de prueba y por ende existe poca
variación entre la potencia generada por ambos
módulos solares. De la misma forma, los días
en los que había presencia de lluvia a la hora
de realizar las mediciones correspondientes se
decidió no realizar mediciones de partículas
de polvo ya que se pondría en riesgo el equipo.
A pesar de la limitación mencionada en el pár-
rafo anterior, se considera que los resultados
obtenidos en este estudio tienen una aplicación
práctica importante en el diseño de sistemas
fotovoltaicos. En particular, se estima que estos
resultados pueden ser utilizados en programas
de simulación como PVsyst, donde se requiere
una evaluación precisa de las pérdidas asociadas
a la suciedad de los módulos solares. ∎
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