Los efectos del viento en los seguidores fotovoltaicos de un eje

Fuente: https://www.pv-magazine.com/

Científicos de Sudáfrica han llevado a cabo durante más de 100 días una investigación a gran escala sobre el efecto de la carga del viento en los rieles de montaje de paneles fotovoltaicos. En comparación con los códigos de diseño estándar, encontraron coeficientes de carga de viento combinados más bajos. Las cargas máximas se produjeron con una dirección de viento del este.

Un grupo de investigadores de Sudáfrica ha llevado a cabo una medición de campo a escala real de los efectos de la carga del viento sobre el riel de montaje de un seguidor fotovoltaico de un solo eje. Los datos se recopilaron durante 109 días en la provincia sudafricana de Western Cape sobre dos rieles de montaje de módulos fotovoltaicos instrumentados. Los resultados reales también se compararon con las estimaciones ASCE 7-22, el estándar de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles para cargas de diseño.

“Experimentos a gran escala como estos son importantes para proporcionar una referencia u objetivos para futuras investigaciones que utilicen modelos o simulaciones en túneles de viento”, dijo el autor correspondiente, Johannes Hendrik  Koekemoer, a pv magazine . 

“La investigación actual considera los efectos de la carga del viento en un riel de montaje de acero conformado en frío de tipo omega. El riel está conectado al tubo de torsión en la mitad del tramo y atornillado a los módulos fotovoltaicos en cada extremo utilizando un total de cuatro pernos de anclaje”, dijeron los académicos. “Las grandes superficies inherentes y las estructuras de soporte livianas significan que las consideraciones de carga del viento rigen el diseño estructural de grandes instalaciones fotovoltaicas. Esto se ve agravado por el hecho de que las instalaciones fotovoltaicas generalmente están ubicadas en lugares expuestos planos asociados con mayores cargas de viento”.

La medición se realizó entre diciembre de 2022 y marzo de 2023 en un sitio dedicado a una variedad de experimentos relacionados con la energía fotovoltaica que tiene una categoría de exposición al viento C según la norma ASCE 7-22. Este campo constaba de seis filas de energía fotovoltaica, de aproximadamente 32 m de largo y espaciadas a 5 m de distancia, utilizando un tubo de torsión de sección hueca circular de 101 mm por 3 mm conectado a un sistema de accionamiento de brazo oscilante central. Los tubos de torsión se montaron sobre cojinetes de polímero conectados a pilotes de sección hueca circular de 76 mm por 4 mm.

Si bien cinco de las filas participaron en diferentes investigaciones, las mediciones mencionadas se tomaron en una fila. Consistía en dos rieles instrumentados con dos paneles fotovoltaicos instalados en varias posiciones. El panel fotovoltaico en el riel A tenía una longitud de 2,108 m, un ancho de 1,048 m y una masa de 24,3 kg y estaba ubicado en el borde exterior expuesto del panel; mientras que el riel B tenía una longitud de 2,037 m, un ancho de 1,005 m y una masa de 25 kg, y estaba ubicado hacia adentro desde el borde del panel. Ambos tenían ángulos de inclinación de −55∘ a +55∘.

“El contenido de frecuencia de las cargas medidas mostró la contribución del modo de torsión fundamental a 3,5 Hz (𝜁1 = 0,5 %) y del modo de flexión secundario a 4,7 Hz (𝜁2 = 0,2 %) a la respuesta medida de los rieles A y B”, afirmó el grupo de investigación. “Si bien la respuesta de torsión fue similar entre ambos rieles, el riel B mostró una respuesta de modo de flexión significativamente mayor en comparación con el riel A. Esto probablemente se debió a la posición del riel B en el tubo de torsión, donde el modo de flexión se puede excitar más fácilmente”.

Los científicos también descubrieron que las cargas máximas se produjeron en la dirección del viento del este cuando la hilera medida estaba más expuesta en comparación con la dirección del viento del oeste. Las mediciones también mostraron que la dirección dominante del viento era el sur y que esta dirección es favorable ya que no es perpendicular al eje de rotación. “Sin embargo, los eventos de alta velocidad del viento aún pueden ocurrir en direcciones de viento no dominantes más críticas, como se vio en la velocidad máxima del viento medida en este estudio”, agregaron.

Los resultados experimentales se compararon con los coeficientes para sistemas de inclinación fija de ASCE 7-22. “Para fuerzas normales, los coeficientes estáticos máximos para los rieles A y B oscilaron entre 2,0 y 2,1, lo que es inferior a los valores del código que oscilan entre 2,4 y 4,6. El coeficiente dinámico correspondiente osciló entre 0,7 y 1,0, que está dentro del rango del código de 0,4 a 1,5”, explicaron los investigadores. “Los coeficientes de momento estático experimentales oscilaron entre 0,36 y 0,40, y se comparan favorablemente con los valores del código que oscilan entre 0,29 y 0,64. La parte dinámica indicó valores de entre 0,22 y 0,23 para el experimento, en comparación con los valores del código que oscilan entre 0,29 y 0,64”.

Sus hallazgos se presentaron en “ Mediciones de campo de los efectos de la carga del viento en un riel de montaje de un seguidor fotovoltaico de un solo eje ”, publicado en el Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics . Académicos de la Universidad de Stellenbosch y el capítulo sudafricano de la empresa de sistemas de energía renovable Scatec llevaron a cabo la investigación.