Fuente: https://www.pv-magazine.com/
Investigadores de los Emiratos Árabes Unidos y Singapur han evaluado cómo las vibraciones inducidas por el viento aumentan la tensión mecánica en los paneles fotovoltaicos y han descubierto que estas vibraciones podrían provocar microfisuras, fallos mecánicos más graves, desalineaciones y, en última instancia, el colapso del sistema.

Un equipo de investigación internacional ha investigado el impacto de las vibraciones inducidas por el viento en los módulos solares y ha descubierto que el estrés inducido por el viento puede tener repercusiones mecánicas significativas en los sistemas fotovoltaicos, especialmente en aquellos con paneles de gran tamaño.
“Las primeras frecuencias de torsión del sistema de seguimiento se observaron en el rango de 4 Hz a 5 Hz debido a la torsión mediante el análisis modal”, dijo el autor principal de la investigación, Sagarika Kumar, a pv magazine . “Este tipo de movimientos podrían provocar microfisuras, fallas mecánicas más graves, desalineaciones y, en última instancia, el colapso del sistema”.
“El actual sistema de certificación de módulos fotovoltaicos puede no abordar por completo el impacto de estos nuevos desafíos ambientales para los módulos de gran superficie , lo que deja importantes lagunas”, añadió Kumar. “Nuestra investigación tiene como objetivo abordar estas lagunas”.
Los científicos propusieron un plan de acción estructurado en dos fases de colaboración, diseñado para construir una comprensión sólida de los efectos inducidos por el viento en los sistemas fotovoltaicos. La primera fase se centró en el análisis del sistema fotovoltaico, incluido el análisis modal, las simulaciones de carga estática y dinámica en condiciones de viento variables y el modelado de vibraciones inducidas por flujo. La segunda fase se centró en el análisis basado en fluidos de viento, incorporando la interpretación de datos históricos de viento, el modelado de dinámica de fluidos computacional (CFD) y las pruebas en túneles de viento de modelos a escala.
“Para complementar estos esfuerzos, nuestro objetivo es explorar los efectos de las nuevas condiciones de estrés mecánico en los módulos fotovoltaicos a través de experimentos de laboratorio específicos”, dijeron los científicos. “Este enfoque colaborativo e iterativo ayuda a refinar los parámetros de prueba para pruebas aceleradas de vibración y carga en interiores. En última instancia, los hallazgos contribuirán a desarrollar recomendaciones para pruebas de fallas inducidas por el viento, con el potencial de ser adoptadas por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC)”.
El equipo también realizó un análisis de carga estructural para evaluar la presión estática del viento correspondiente a distintas velocidades del mismo. Se supuso un viento del norte medido a 10 m/s correspondiente a un huracán de categoría 1 y una velocidad del viento a la altura del seguidor de alrededor de 33 m/s. Este análisis mostró que inducir una carga estática en la parte trasera del módulo puede dar como resultado un desplazamiento de aproximadamente 5,1 cm.
“Las pruebas actuales de la norma IEC 61215-2 incluyen una prueba de carga mecánica estática y otra dinámica”, enfatizó Kumar. “ Sin embargo, no representan de manera suficiente la tensión mecánica observada, por lo que actualmente estamos investigando condiciones de carga asimétrica y torsional como próximo paso”.
Para representar mejor los escenarios del mundo real investigados en su trabajo, los académicos propusieron un protocolo que incluye pruebas de vibración de frecuencia media y pruebas de carga dinámica con distribución de carga no uniforme.
La frecuencia de la prueba de vibración se lleva a cabo durante 8 horas de acuerdo con las normas IEC 60068-1 y 60068-2-6. Durante la prueba, el módulo se somete a un “movimiento de galope de caballo” a frecuencias de 3,5 Hz en una cámara ambiental. El módulo se monta con un voladizo del 60 % para simular las configuraciones de montaje más desfavorables. Teniendo en cuenta las tensiones ambientales combinadas, los protocolos integran los impactos de la temperatura y la humedad.
Además, la prueba de vibración incluye ciclos térmicos para simular la fatiga termomecánica, que se ejecutan durante 9 ciclos, seguidos de una prueba de vibración de hasta 8 horas. “Sin embargo, este protocolo de prueba aún está en fase de investigación y puede requerir un mayor desarrollo”, dijo Kumar.
La prueba de carga dinámica evalúa el efecto del galope torsional en el módulo utilizando un método de sujeción de dos esquinas con cargas de presión de hasta 1000 Pa. Esta carga es el doble de la de los resultados simulados, para simular un huracán de categoría 1 en un marco acelerado. Los ciclos se establecen en 1000, según IEC 61215:2021.
“Si bien los protocolos de prueba actuales brindan una base, es posible que no tengan en cuenta las condiciones matizadas que presentan los fenómenos meteorológicos extremos”, agregó. “Nuestra investigación intenta avanzar en esta base mediante la introducción de pruebas de vibración de frecuencia media y carga dinámica diseñadas específicamente para tensiones inducidas por el viento, incluidas las condiciones de carga asimétrica y torsional”.
El equipo de investigación estuvo integrado por científicos del Centro de Investigación de Energías Renovables y Sostenibles del Instituto de Innovación Tecnológica de Abu Dabi (EAU) y del Instituto de Investigación de Energía Solar de Singapur (SERIS). Sus hallazgos se publicaron en el artículo “Prueba de vibraciones inducidas por el viento en módulos solares fotovoltaicos”.
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