Los efectos del viento en los seguidores fotovoltaicos de un eje

Un grupo de investigadores de Sudáfrica ha realizado una medición de campo a escala real de los efectos de la carga del viento en el raíl de montaje de un seguidor fotovoltaico de un solo eje. Los datos se recogieron durante 109 días en la provincia sudafricana de Cabo Occidental sobre dos raíles de montaje de módulos fotovoltaicos instrumentados. Los resultados reales también se compararon con las estimaciones ASCE 7-22, la norma de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles para las cargas de diseño.

«Experimentos a escala real como éste son importantes para proporcionar una referencia u objetivos para futuras investigaciones que utilicen modelado o simulación en túnel de viento», dijo el autor correspondiente, Johannes Hendrik Koekemoer, a pv magazine.

«La investigación actual considera los efectos de la carga de viento en un carril de montaje de acero conformado en frío de tipo omega. El raíl está conectado al tubo de torsión en la mitad del vano y atornillado a los módulos fotovoltaicos en cada extremo mediante un total de cuatro pernos de anclaje», explican los académicos. «Las grandes superficies inherentes y las estructuras de soporte ligeras hacen que las consideraciones de carga de viento rijan el diseño estructural de las grandes instalaciones fotovoltaicas. Esto se ve agravado por el hecho de que las instalaciones fotovoltaicas suelen estar ubicadas en lugares planos expuestos asociados con mayores cargas de viento».

La medición tuvo lugar entre diciembre de 2022 y marzo de 2023 en un emplazamiento dedicado a diversos experimentos relacionados con la energía fotovoltaica que tiene una categoría de exposición al viento C según la ASCE 7-22. Este campo constaba de seis filas fotovoltaicas de aproximadamente 32 m de longitud y separadas entre sí 5 m, utilizando un tubo de torsión de sección hueca circular de 101 mm por 3 mm conectado a un sistema de accionamiento central de brazo oscilante. Los tubos de torsión estaban montados sobre cojinetes de polímero conectados a pilotes circulares de sección hueca de 76 mm por 4 mm.

Aunque cinco de las hileras participaron en diferentes investigaciones, las mediciones mencionadas se realizaron en una sola hilera. Constaba de dos raíles instrumentados con dos conjuntos fotovoltaicos instalados en varias posiciones. El FV del raíl A tenía una longitud de 2,108 m, una anchura de 1,048 m y una masa de 24,3 kg, y estaba situado en el borde exterior expuesto del conjunto; mientras que el raíl B tenía una longitud de 2,037 m, una anchura de 1,005 m y una masa de 25 kg, y estaba situado hacia el interior del borde del conjunto. Ambos tenían ángulos de inclinación de -55∘ a +55∘.

«El contenido de frecuencia de las cargas medidas mostró la contribución del modo fundamental de torsión a 3,5 Hz (𝜁1 = 0,5%) y del modo secundario de flexión a 4,7 Hz (𝜁2 = 0,2%) a la respuesta medida de los raíles A y B», declaró el grupo de investigación. «Aunque la respuesta torsional fue similar entre ambos raíles, el raíl B mostró una respuesta del modo de flexión significativamente mayor en comparación con el raíl A. Esto se debió probablemente a la posición del raíl B en el tubo de torsión, donde el modo de flexión puede excitarse más fácilmente».

Los científicos también descubrieron que las cargas máximas se producían con una dirección del viento del este, cuando la hilera medida estaba más expuesta, en comparación con una 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, aún pueden producirse eventos de alta velocidad del viento en direcciones del viento no dominantes más críticas, como se vio en el caso de la velocidad máxima del viento medida en este estudio», añadieron.

Los resultados experimentales se compararon con los coeficientes de la norma ASCE 7-22 para sistemas de inclinación fija. «En cuanto a las fuerzas normales, los coeficientes estáticos máximos de los raíles A y B oscilaron entre 2,0 y 2,1, valores inferiores a los del código, que oscilan entre 2,4 y 4,6. El coeficiente dinámico correspondiente osciló entre 2,5 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 valores de código que oscilaban entre 0,29 y 0,64».

Sus conclusiones se presentaron en «Field measurements of wind load effects in a photovoltaic single-axis tracker mounting rail» (Medidas de campo de los efectos de la carga del viento en el raíl de montaje de un seguidor fotovoltaico de un solo eje), publicado en el Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. La investigación fue llevada a cabo por profesores de la Universidad de Stellenbosch y la filial sudafricana de la empresa de sistemas de energías renovables Scatec.

Este contenido está protegido por derechos de autor y no se puede reutilizar. Si desea cooperar con nosotros y desea reutilizar parte de nuestro contenido, contacte: editors@pv-magazine.com.