Los siguidores fotovoltaicos d'una sola exa, unu de los dispositivos mecánicos más utilizaos para empobinar los paneles solares, son unu de los sistemes más eficaces para producir enerxía eléctrica, pero la necesidá d'aforrar costos de fabricación llevó a que se produzan con frecuencia rotures por efectu del vientu. Un equipu d'investigación del Departamentu d'Enerxía de la Universidá d'Uviéu llogró per primer vegada identificar de forma precisa la velocidá crítica del vientu que termina provocando la rotura de el siguidores solares. L'afayu tien relevancia porque va dexar a les empreses realizar diseños seguros que dexen qu'estos mecanismos aguanten los embates del vientu ensin quebrase. Los ensayos realizaos por esti equipu de les Árees d'Inxeniería Hidráulica y de Mecánica de Fluyíos fueron publicaos en dos revistas d'altu impactu científicu.

 

Antonio Navarro Manso, profesor del Departamentu d'Enerxía y firmante de los artículos, esplica que el siguidores solares d'una sola exa, conocíos n'inglés como single axis solar tracker, son llargamente utilizaos en tol mundu para la captación d'enerxía fotovoltaica. Nesta tipoloxía estructural los paneles tán asitiaos a lo llargo d'un tubu de torsión, remanáu por un únicu motor na sección central. Suelen emplegase en plantes de gran escala con potencies de 100 megavatios ya inclusive cimeros. De forma xeneral, envalórase que son un 30% más eficientes que les instalaciones con captadores fixos.

 

"Los fabricantes compiten anguaño por diseñar trackers cada vez más espodaos, debíu principalmente a la necesidá d'abaratar costos. Sicasí, esto llevó a numberosos frayatos producíos pola acción del vientu porque los fenómenos aerodinámicos nun son abondo conocíos y nun tán afechiscamente contemplaos nes normes de cálculu actuales", comenta l'investigador principal.  

 

Les estructures de el siguidores solares asemeyar a grandes nales d'avión, asitiaes en terrén abiertu, y tán, por tanto, suxetes a l'acción del vientu. Ello ye que son susceptibles a fenómenos aeroelásticos bien similares a los que se producen nos aviones y nes pontes colgantes. "Atopóse que, a partir d'una cierta velocidá de vientu, xenérase una oscilación torsional d'amplitú creciente, que puede llevar al colapsu catastróficu de la estructura", indica'l profesor.

 

El funcionamientu de el siguidores anicia nel continuu movimientu de rotación de la so exa, siguiendo la orientación más favorable para captar la radiación solar, xeneralmente cola exa en dirección norte-sur. Esiste'l riesgu de que, para cada unu de los ángulos d'enclín que tien el siguidor en cada intre, déanse unes condiciones específiques de velocidá y dirección de vientu que provoquen el movimientu incontroláu del siguidor, hasta la so destrucción o colapsu. Estes inestabilidaes, que se producen inclusive para velocidaes de vientu moderaes, dependen tamién de munches otres variables, como son la turbulencia atmosférica, la posición del tracker dientro de la planta o de si instaláronse mecanismos de protección, tales como barreres, pantalles o amortiguadores.

 

"Na nuesa investigación desenvolvimos un enfoque analítico y esperimental para estudiar diches inestabilidaes. L'estudiu analíticu dexó identificar los parámetros adimensionales que gobiernen el movimientu de la estructura. Coles mesmes, realicemos ensayos sistemáticos en túnel aerodinámicu sobro un modelu aeroelástico 3D a escala. Tantu'l túnel como los modelos fueron diseñaos y construyíos por el mesmu equipu investigador", destaca Eva Martínez García, primer autora de les publicaciones.

 

L'estudiu de la Universidá d'Uviéu tien importancia porque consiguió determinar de forma precisa la velocidá crítica de vientu a partir de la qu'empieza'l fenómenu d'inestabilidá llamáu galopie torsional (torsional galloping) o flameo y llogró publicar, per primer vegada, la diagrama d'estabilidá de el siguidores solares d'una sola exa.

 

"Col analís realizáu a partir de les resultancies esperimentales consiguimos rellacionar la velocidá crítica coles característiques xeométriques (fundamentalmente llargu y anchu) y mecániques (inercia y rixidez) del siguidor solar. Amás, sentemos les bases para sistematizar esti tipu d'ensayos, y poder asina llograr la caracterización de cualquier estructura con esta tipoloxía", sorraya'l catedráticu Eduardo Blanco.

 

La relevancia d'esta investigación, que foi desenvuelta en collaboración con empreses del sector (TSK, Praxia Energy S.L.), anicia nel "gran impactu científicu-técnicu del afayu, que va dexar a les empreses realizar diseños seguros frente a los efectos del vientu, y nel so induldable interés social yá que ta na llínea d'investigación enmarcada nel campu de les enerxíes anovables", añede.

 

L'equipu investigador del Departamentu d'Enerxía de la Universidá d'Uviéu sigue agora colos trabayos pa caracterizar amás otros fenómenos d'inestabilidá aeroelástica que pueden presentase; amás, tán realizándose nuevos ensayos pa determinar la eficacia d'amortiguadores esternos, de la disposición de barreres o bloqueos. Igualmente, y gracies a la recién puesta en marcha d'un nuevu túnel aerodinámicu de capa llende nel Campus de Mieres, van llevar a cabo ensayo de el siguidores en múltiples fileres y evaluar asina l'efectu de protección que les primeres files puedan ufiertar al restu de la planta.

 

L'equipu d'investigación ta formáu por Jorge Parrondo Gayo y Eduardo Blanco Marigorta, catedráticos de la Área de Mecánica de Fluyíos del Departamentu d'Enerxía; Eva Martínez-García, doctoranda del Departamentu d'Enerxía; Beatriz Bayón García, Olaya Gómez Carril y Daniel Fernández de la Cruz, investigadores contrataos de la Área d'Inxeniería Hidráulica del Departamentu d'Enerxía, y Antonio Navarro-Manso (IP), profesor contratáu doctor de la Área d'Inxeniería Hidráulica, del Departamentu d'Enerxía. 

 

Referencia:

 

Eva Martínez-García, Eduardo Blanco Marigorta, Jorge Parrondo Gayo and Antonio Navarro-Mansu. "Esperimental Determination of the Resistance of a Single-Axis Cortil Tracker to Torsional Galloping", Structural Engineering and Mechanics, An International Journal, Vol. 78, Non. 5 (2021) 000-000. DOI: https://doi.org/10.12989/sem.2021.78.5.519, http://www.techno-press.org/?journal=sem&subpage=5.

 

Eva Martínez-García, Eduardo Blanco Marigorta, Jorge Parrondo Gayo and Antonio Navarro-Mansu. "Influence of Inertia and Aspect Ratio on the Torsional Galloping of Single-Axis Cortil Trackers", Engineering Structures. (Aceptáu pa publicación, 2021, Proof Prints ENGSTRUCT-D-20-01610), https://www.journals.elsevier.com/engineering-structures.