Los seguidores solares de un solo eje son las estructuras más utilizadas en la industria fotovoltaica. Estas estructuras están compuestas por un eje longitudinal en el cual se sujetan los paneles solares y que rota para orientarlos según el recorrido del sol. La industria ha aumentado la producción reduciendo los costes estructurales al disminuir la rigidez de las estructuras, pero esto provoca que los seguidores solares sean más susceptibles a las acciones del viento. Para solventar esta problemática, investigadores del Instituto Universitario de Microgravedad Ignacio Da Riva de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han creado una base de datos de los coeficientes aerodinámicos no estacionarios, además de un procedimiento semiempírico que permite estimar la velocidad crítica de un seguidor solar.
Recientemente, han llevado a cabo un estudio titulado ‘Stability analysis of two-dimensional flat solar trackers using aerodynamic derivatives at different heights above ground’ que ha sido publicado en Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, y ha tenido un notable impacto tanto a nivel industrial como en la comunidad científica en el campo de la ingeniería del viento.
Por su parte, uno de los autores de este estudio realizó una tesis acerca de la inestabilidad autoexcitada de los seguidores solares planos en condiciones bidimensionales. La investigación comenzó con un estudio teórico a partir del estado del arte de los fenómenos autoexcitados conocidos, muchos heredados de los estudios de inestabilidad de puentes. Adaptada la formulación y tras un estudio de análisis dimensional, se han diseñado los ensayos experimentales para validar estudios aeroelásticos seccionales.
Ensayos realizados sobre la afectación del viento
Los ensayos realizados emplearon dos túneles aerodinámicos. Por un lado, el túnel AB6, cuyas características geométricas permiten garantizar que el flujo de aire en la cámara sea bidimensional. En este túnel se realizaron los ensayos principales, donde se modificaron las características geométricas del seguidor solar que más afectan al problema: el ángulo de ataque y la altura del seguidor solar con respecto al suelo. Por otro lado, en el túnel ACLA16 se han validado los resultados obtenidos en los ensayos principales.
Como resultado de todas estas investigaciones se ha obtenido una base de datos de los coeficientes aerodinámicos no estacionarios obtenidos experimentalmente de un seguidor solar para diferentes alturas respecto del suelo y diferentes ángulos de ataque, además de un procedimiento semiempírico que permite estimar la velocidad crítica de un seguidor solar para todo tipo de características estructurales y geométricas.
Esto permite a la industria realizar una primera aproximación de la velocidad crítica que puede soportar un seguidor solar para cualquier característica estructural sin tener que realizar un ensayo experimental específico. Es, por tanto, una herramienta útil para reducir costes asociados al diseño. Además, otra de las conclusiones de este estudio muestra qué configuraciones geométricas podrían ser las más favorables para soportar condiciones adversas de viento.
Otras investigaciones de la UPM sobre seguidores solares
Estas investigaciones se enmarcan en los proyectos Esolia y Soltae, junto con la Universidad de Oviedo y la Universidad de Princeton. A su vez, los avances alcanzados están abriendo nuevas oportunidades de colaboración a nivel internacional con la James Cook University de Australia o la Universidad de Shijiazhuang Tiedao de China.
En el futuro, los investigadores pretenden dar el salto de la configuración seccional en que se han hecho estos estudios, a la estimación de la velocidad crítica de los seguidores solares teniendo en cuenta efectos tridimensionales. Asimismo, esperan analizar configuraciones hasta ahora no estudiadas como el uso de amortiguadores distribuidos a lo largo de su estructura.
Otras líneas de trabajo futuras apuntan a extender la metodología desarrollada a seguidores que se encuentren en la estela de otros (por ejemplo, en las filas interiores de un campo), o a analizar mediante visualización de flujo el comportamiento del viento alrededor de un seguidor solar mientras se encuentra oscilando para estudiar el origen físico de la inestabilidad.