En un artículo publicado por la Sociedad Internacional de Energía Solar, investigadores de la UNNE y CONICET expusieron resultados de estudios experimentales y computacionales realizados para conocer los efectos de la carga del viento sobre módulos fotovoltaicos. Destacan la importancia de estudios específicos para estimar el impacto del viento sobre estas estructuras.
Los módulos fotovoltaicos constituyen una de las tecnologías de uso intensivo que proporcionan una alternativa de energía renovable a la generación de electricidad.
Argentina posee amplias regiones que resultan muy propicias para la instalación de grandes parques solares.
Pero una de las consideraciones que deben ser realizadas previo a la implementación de este tipo de aprovechamiento es el efecto del viento sobre el mecanismo que soporta y orienta los paneles para optimizar su rendimiento.
Al respecto, los dispositivos mecánicos y los paneles vienen siendo objeto de estudio, desde diferentes enfoques, para determinar sus características aerodinámicas.
Sin embargo, todavía faltan directrices específicas de los códigos de viento que permitan a los usuarios y fabricantes elegir y/o recomendar diferentes tipos de módulos fotovoltaicos y dispositivos seguidores (trackers) según las condiciones de ubicación y operación.
En particular, el Reglamento Argentino de vientos CIRSOC 102 no contempla de forma específica este tipo de dispositivo.
En ese contexto, la empresa Jinko IPP International, encargada de la instalación del Parque Cordillera Solar, en el Departamento de Iglesia, San Juan, se contactó con investigadores del Laboratorio de Aerodinámica y el Laboratorio de Mecánica Computacional (LAMEC), con asiento en la Facultad de Ingeniería de la UNNE, con el fin de realizar una evaluación aerodinámica integral tendiente a la optimización del funcionamiento de paneles y trackers.
Estos investigadores, que además integran el Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica (IMIT, CONICET-UNNE), propusieron un estudio experimental en túnel de viento de las cargas de viento sobre los paneles y una evaluación estructural computacional del mecanismo de seguimiento.
Finalmente, llevaron a cabo un estudio que, a través de mediciones experimentales y aplicación de métodos numéricos, permitió identificar las secciones críticas de la estructura de soporte y orientación de los módulos fotovoltaicos bajo los efectos del viento atmosférico, teniendo en cuenta las diferentes direcciones del viento, las inclinaciones del panel y el efecto de su entorno.
El estudio fue realizado por Adrián R. Wittwer, Juan M. Podestá, Hugo Castro, Javier Mroginski, Jorge Marighetti, Mario De Bortoli, Rodrigo Paz y Fernando Mateo.
DETALLE DEL TRABAJO
Para cuantificar la carga aerodinámica en la estructura soporte – seguidor de los paneles se realizaron extensas pruebas experimentales en las instalaciones del túnel de viento “Jacek Gorecki” del Laboratorio de Aerodinámica de la UNNE en Resistencia, Chaco.
Los ensayos incluyeron dos tipos de modelos, diferentes situaciones de viento incidente respecto a los módulos fotovoltaicos e inclinaciones relativas para detectar posibles combinaciones de carga de viento que resulten más desfavorables desde el punto de vista estructural.
Los modelos a escala en el túnel de viento, consideraron las dos situaciones mencionadas; el modelo aislado en escala 1: 10 y el modelo conformando una matriz de paneles en escala 1: 75 para evaluar la interacción aerodinámica.
En los ensayos se utilizaron flujos suaves y turbulentos uniformes para el modelo aislado y un flujo de capa límite para el modelo de matriz de seguimiento.
En tanto, posteriormente se realizó una evaluación numérica detallada utilizando el método de elementos finitos (FEM) para identificar las secciones estructurales críticas en el Laboratorio de Mecánica Computacional (LAMEC).
PRINCIPALES RESULTADOS
En una primera instancia, los resultados fueron reportados a la empresa Jinko IPP International.
Posteriormente, las principales consideraciones y resultados del análisis fueron publicados en el artículo “Wind loading and its effects on photovoltaic modules: An experimental–Computational study to assess the stress on structures” de la revista «Solar Energy», la publicación oficial de la Sociedad Internacional de Energía Solar».
Allí se describe el análisis experimental y computacional de las cargas aerodinámicas sobre los módulos fotovoltaicos para su aplicación a la verificación estructural de los trackers.
En cuanto al análisis dinámico, fueron determinadas las frecuencias naturales de la estructura asociadas a los modos principales de vibración para evitar cualquier probabilidad de fenómenos de resonancia, pero considerando los valores aquí obtenidos, la estructura puede considerarse prácticamente rígida.
No obstante, como una continuación de este trabajo, se está considerando una evaluación experimental utilizando un modelo aeroelástico a escala reducida del seguidor en un túnel de viento. Este nuevo trabajo, proporcionará una forma de estimar la velocidad crítica del viento a la que pueden producirse inestabilidades aerodinámicas.
Finalmente, aunque se identificaron muchas secciones críticas con la simulación numérica, ninguna de ellas supera los límites elásticos cuando se considera la posición de referencia de los trackers y por lo tanto se mantiene dentro del margen de seguridad.
También se pudo determinar que el soporte del panel ubicado en el medio de la viga principal es el componente estructural más crítico. Se sugiere también realizar estudios adicionales, por ejemplo, análisis de fatiga, modelado constitutivo no lineal, pandeo, entre otros.
RELEVANCIA DEL ESTUDIO
Desde el equipo de investigación destacaron la importancia del estudio realizado, porque expone la necesidad de disponer de resultados más específicos atento a la importancia que están tomando los emprendimientos de parques solares y demás proyectos de generación energética con módulos fotovoltaicos.
Señalan que la realización del estudio fue posible gracias a un trabajo de consultoría realizado a una empresa de origen chino, Jinko IPP International, a cargo de importantes proyectos de generación solar fotovoltaica en el país y en el resto del mundo, que además es un claro ejemplo de transferencia tecnológica desde la Universidad hacia el ámbito privado.
Asimismo, este tipo de estudio pone de manifiesto la capacidad de profesionales de la UNNE y CONICET para el desarrollo de investigaciones en tecnología aplicada que aportarán seguridad a emprendimientos en el campo de la generación solar fotovoltaica, y muestra la importancia de la articulación entre investigadores de distintas áreas como son el Laboratorio de Aerodinámica y el Laboratorio de Mecánica Computacional (LAMEC).
