Nuevo modelo matemático para evaluar la estabilidad de los seguidores solares frente al viento

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (España) han introducido una novedosa forma de calcular el coeficiente de amortiguación efectivo de los seguidores solares de un solo eje. En aerodinámica, la amortiguación es la fuerza que se opone al movimiento de un sistema vibrante u oscilante, y su coeficiente efectivo es un parámetro relativo a su estabilidad.

Con el método propuesto, los desarrolladores pueden estimar la velocidad crítica que puede soportar un seguidor.

“No descartamos ampliar nuestra investigación a los sistemas de seguimiento de dos ejes”, declaró a pv magazine el autor correspondiente, Juan A. Cárdenas-Rondón. “Entre los principales retos que hay que abordar se encuentran el manejo de dos grados de libertad en torsión, así como los fenómenos aerodinámicos tridimensionales”.

Los investigadores planean aumentar el número de casos ensayados para desarrollar un modelo matemático.

En el estudio “Stability analysis of two-dimensional flat solar trackers using aerodynamic derivatives at different heights above ground” (Análisis de estabilidad de seguidores solares planos bidimensionales mediante derivados aerodinámicos a diferentes alturas sobre el suelo), publicado en el Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, el grupo de investigación intentó crear una metodología lo más general posible para determinar la curva de estabilidad de un seguidor fotovoltaico.

El modelo matemático que desarrollaron depende de varios parámetros, como la longitud de cuerda de la estructura de soporte del seguidor solar, la altura del eje del seguidor solar y el ángulo de ataque del aire sobre el FV en rotación.

Además, el modelo requiere el uso de dos derivadas: una relacionada con la amortiguación aerodinámica y otra con la rigidez. Mientras que la amortiguación se refiere a la fuerza que se opone al movimiento, la rigidez se refiere a la resistencia del sistema de un objeto a la deformación. Esas derivadas se obtuvieron con una serie de pruebas de laboratorio con distintos ángulos de ataque y relaciones estándar entre la altura del eje (H) y la cuerda (B).

“Los valores que se han probado son H/B = 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 1 y 2”, señalan los académicos. “Para cada uno de los valores de altura-anchura se ha variado el ángulo de ataque nominal. Los ángulos probados son 0◦, ±5◦, ±10◦, ±20◦, ±30◦, ±40◦. Las pruebas se limitaron a ángulos dentro del rango de ±40◦ porque, para relaciones H/B más bajas, el modelo no podía probarse a ángulos nominales absolutos más altos, ya que colisionaría con el suelo.”

Tras hallar ambas derivadas para todas estas condiciones diferentes, los científicos pudieron calcular el coeficiente de amortiguación efectivo de los seguidores solares en función de la velocidad del viento incidente. A continuación, realizaron una serie de pruebas en un montaje experimental adicional para validar su modelo matemático.

“Los resultados obtenidos con el modelo muestran una buena concordancia con los resultados obtenidos en las pruebas de validación realizadas en el montaje experimental auxiliar para el caso de grandes ángulos de ataque”, afirmaron. “Por el contrario, para ángulos de ataque pequeños, se observa que se ha determinado con precisión el valor de la velocidad reducida crítica máxima, pero ambos resultados no coinciden en cuanto al ángulo de ataque en el que se alcanza”.

El equipo también descubrió que, en cuanto a la frecuencia de oscilación, el modelo predice los resultados experimentales para velocidades reducidas bajas. “Pero a medida que el sistema se aproxima a condiciones inestables, las predicciones se sobreestiman”, concluyó.