Fuente: energías renovables
El viento es una de las causas más frecuentes de daños a los paneles solares, dijeron varios funcionarios de la industria. En España, a mediados de la última década, varios grandes seguidores solares de doble eje fallaron como resultado del viento, según Dan Shugar, CEO de NEXTracker, con sede en Fremont, California. "Pero los seguidores horizontales como categoría han sido muy confiables desde entonces, por lo que la industria solar convergió en la pista horizontal como la mejor forma práctica de obtener ganancia de energía, evitando todo el acero que se necesitaría para proteger un eje doble", dijo. .
Diseñando para soportar vientos fuertes
La desviación del viento en los seguidores solares puede ser el cálculo de diseño más complicado en la elaboración del producto, ya que las piezas del seguidor se mueven en una variedad de direcciones simultáneamente. "Si no tiene un sistema de mitigación, como un limitador de torsión o amortiguadores, el viento puede hacer que una matriz oscile violentamente", señaló John Williamson, director de ingeniería de Array Technologies, con sede en Albuquerque.
El sistema de aluminio SunLink Precision-Modular RMS está disponible para módulos de 60 y 72 celdas e inclinación de 10 grados. Crédito: SunLink.
Varios diseños intentan limitar el impacto del viento en los seguidores. "Hemos optado por un tubo redondo, a diferencia de la mayoría de los otros fabricantes que usan acero cuadrado u otro con forma, por lo que recogemos un 30 por ciento más de resistencia a la torsión", dijo Shugar. "También hemos ido con un diseño equilibrado", dijo, y señaló que la matriz volverá a una posición de estiba o plana bajo la gravedad. "Y nuestra velocidad de almacenamiento es rápida, desde la rotación completa hasta el almacenamiento en un minuto", dijo. "Dado que el viento se acumula rápidamente, queremos guardarlo rápidamente", agregó.
Múltiples filas de rastreadores DuraTrack HZ v3 están conectadas por un eje de accionamiento giratorio y accionadas por un único motor industrial de aire acondicionado trifásico de 2 HP. Cada motor v3 puede conducir hasta 28 filas de 80 módulos cada una. Crédito: Array Technologies.
Es importante tener en cuenta que estibar puede ser una respuesta prescrita al viento en el borde de un campo y no ser necesario dentro del centro más protegido. De hecho, guardar un panel solar no es necesariamente la mejor solución para una acumulación rápida, argumentan otros. "Nunca hemos confiado en el almacenamiento para nuestros sistemas; diseñamos para que no haya almacenamiento. Las fuerzas del viento en un rastreador en una posición de cero grados aún pueden tener una carga significativa en la matriz y un torque cercano al pico en el sistema", señaló Array La tecnología de Williamson. "Con nuestro nuevo diseño V3, hemos creado un diseño de almacenamiento pasivo y hemos agregado un dispositivo limitador de torsión que le permite moverse a una posición donde hay menos torsión en la matriz", dijo. "Nuestra generación anterior se construyó típicamente a 115 mph, pero la instalación en el peor de los casos se construyó para manejar hasta 175 mph. Esto se demostró en el campo en múltiples sitios, incluida una instalación ubicada en el NREL Wind Technology Center, en Boulder, Colorado . La nueva versión podría manejar 135 mph estándar, y de forma similar configurable para soportar velocidades más altas ", dijo. Las micro ráfagas de viento, o ráfagas, pueden causar vientos de hasta 175 mph en tierra firme, por lo que la exposición al viento es un hecho independientemente de la ubicación.
Dado que el viento puede afectar los bordes exteriores de un campo de paneles solares mucho más intensamente, las filas externas deben construirse para ser más rígidas y fuertes. NEXTracker, por ejemplo, utiliza acero más grueso en las filas exteriores para ayudar a diseñar este efecto. El viento, sin embargo, es difícil de predecir. "Lo que algunas compañías solares suponen es que el viento continúa disminuyendo a medida que uno ingresa a una matriz, lo cual no es necesariamente el caso. Las matrices se encuentran en una capa turbulenta de la atmósfera, y el viento es muy aleatorio y de naturaleza caótica", dijo. Williamson
Pruebas y análisis
El cálculo de los números para tales variables de viento requiere un conjunto de herramientas que incluye modelos de computadora y modelos a gran escala. "La dinámica de fluidos computacional calculará la carga del viento, pero nada supera al túnel de viento desde el punto de vista de que está probando un modelo a escala", dijo Shugar.
AllEarth Renewables realizó una prueba de carga de viento de seguimiento completo (dual) en el túnel. Crédito: AllEarth Renewables.
Una gran cantidad de instalaciones de prueba de túneles de viento, incluidos laboratorios gubernamentales, en los Estados Unidos y Canadá, permiten el análisis de una matriz solar a gran escala para cumplir con los requisitos de certificación o códigos de construcción. Algunas compañías los utilizan ampliamente. "Tenemos una clasificación de viento de 120 mph líder en la industria y somos el único fabricante que conocemos para llevar a cabo una prueba de carga de viento de seguimiento completo (dual) en el túnel. Queríamos demostrar a la industria nuestra fuerza de diseño y compromiso con la ingeniería de un rastreador que resistirá los elementos ", señaló Andrew Savage, director de estrategia de AllEarth Renewables, con sede en Williston, VT.
Array Technologies también ha llevado a cabo extensas pruebas de túnel de viento, incluidas pruebas en el túnel de viento de escala completa de Langley, en Hampton, VA, que desde entonces ha cerrado. El trabajo ha sido realizado por la Facultad de Ingeniería y Tecnología Frank Batten de la Old Dominion University, Norfolk, VA.
Estándares eólicos fotovoltaicos aún emergentes
Sin embargo, no todas las jurisdicciones aceptan pruebas de túnel de viento como suficientes. Hasta 2013, la ciudad de Los Ángeles, requería soluciones de montaje ancladas tradicionales para tejados en lugar de diseños con balasto no penetrante, porque el Departamento de Construcción y Seguridad de Los Ángeles no aceptaba los datos del túnel de viento para justificar los requisitos de lastre más bajos. No fue hasta que PanelClaw se convirtió en la primera compañía de sistemas de montaje en tener sus resultados completos de datos de túnel de viento aprobados y permitidos por LADBS para su uso en diseños de lastre que la regulación cambió. El diseño de balasto Polar Bear Gen III de la compañía con sede en North Andover, MA resistirá vientos de más de 120 mph, igual a un huracán de categoría 3.
Módulos de paneles solares desplazados por las fuerzas del viento. Crédito: CASE Foresnics.
La industria solar sigue las disposiciones de carga de viento que actualmente promulga la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (ACSE), con sede en Reston, VA. El último estándar es el 2013 ASCE / SEI 7-10. Pero ese estándar se relaciona más con los edificios que con los paneles solares, se quejan varios fabricantes. En una declaración de 2012 a Renewable Energy World, el CEO de SunLink, Christopher Tilley, dijo: "Si bien existen estándares establecidos de nieve y carga sísmica que se pueden aplicar a los sistemas fotovoltaicos de una manera bastante directa, hay muy poca orientación sobre cargas de viento. Ingenieros y permisos Por lo tanto, los funcionarios tienen la opción de aplicar el código de construcción de maneras no previstas o aceptar diseños basados en pruebas de túnel de viento sin un medio estándar para validar el enfoque de prueba o los resultados. Ninguno de los métodos asegura que se usen los valores de diseño de viento apropiados ".
El Underwriters Laboratory, con sede en Northbrook, Ill., Cubrió nominalmente la carga de viento para instalaciones fotovoltaicas en la versión 2015 de UL 2703, pero también es criticado por quedarse corto. "UL 2703 ha sido bueno para la industria, pero no es un estándar absoluto. Tener un código verdadero en el lugar nivelaría el campo de juego eliminando a las empresas que no abordan factores importantes de seguridad y rendimiento, como la carga de viento y nieve pruebas, pruebas de corrosión y resistencia al fuego ", dijo John Klinkman, vicepresidente de ingeniería de Applied Energy Technologies, en Clinton Township, MI.
Módulos de paneles solares desplazados por las fuerzas del viento. Crédito: CASE Foresnics.
La Asociación de Ingenieros Estructurales de California (SEAOC), con sede en Sacramento, ha trabajado mucho para ayudar a establecer un estándar de la industria para los requisitos de carga de viento FV, dijo Rob Ward, el ingeniero estructural jefe de SunLink. El comité PV de SEAOC realiza un trabajo continuo en el desarrollo de propuestas de cambio de código para las disposiciones de diseño de viento en ASCE. El grupo ha producido sus propias pautas para la carga eólica y solar, incluido el más reciente SEAOC PV2-2012, Diseño de viento para matrices fotovoltaicas solares de bajo perfil en cubiertas planas.
SunLink comenzó a probar su línea de productos fotovoltaicos en 2006 con la ayuda del Laboratorio de Túneles de Viento de Capa Límite (BLWTL) en la Universidad de Ontario Occidental, con sede en Londres, ONT. BLWTL ha actualizado recientemente sus instalaciones con cuatro nuevos sistemas de control de túnel de viento y adquisición de datos que permiten pruebas completamente automatizadas que capturan datos a velocidades de hasta 100,000 muestras por segundo cada uno.
SunLink ejecutó 70 modelos y configuraciones a través de más de 1,000 pruebas en el laboratorio BLWTL, desarrollando una base de datos única. Las pruebas incluyeron variaciones en el ángulo de inclinación, la altura del techo, el espacio entre hileras, la altura del edificio, los retrocesos desde el borde del techo y varias estrategias de deflector / cubierta que se ven afectadas por el viento. La compañía ha compartido esta base de datos con SEAOC y, como resultado, la organización está más cerca de desarrollar una norma de carga de viento con un amplio consenso de la industria, dijo Ward.
SunLink también trabajó con BLWTL y la firma de ingeniería de Rutherford & Chekene, con sede en San Francisco, California, para desarrollar software que ayudará a los diseñadores de productos a probar sus diseños con los estándares de ACSE 7-10.
Si bien los vientos fuertes y consistentemente fuertes son una bendición para los propietarios de parques eólicos, lo mismo no es cierto para los propietarios y operadores de sistemas fotovoltaicos. Pero con consideraciones de diseño cuidadosas, más enfocadas en estándares y tecnología que responden bien a todas las cargas de viento, las compañías de instalación fotovoltaica pueden garantizar que sus matrices no se vuelen.