Los efectos de las olas en la fotovoltaica flotante basada en membranas

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Un equipo de científicos de la Universidad Jiao Tong de Shanghái (China) ha evaluado la resistencia al oleaje y a las tensiones mecánicas de una plataforma fotovoltaica flotante basada en membranas para aplicaciones en aguas marinas.

“Nuestro trabajo puede establecer por primera vez un método numérico potente y eficiente para evaluar la respuesta dinámica de plataformas fotovoltaicas flotantes de membrana en alta mar bajo olas y corrientes”, declaró a pv magazine el autor principal de la investigación, Xiantao Zhang. “Esto promoverá significativamente el diseño racional y la evaluación de la seguridad de esta novedosa estructura flotante ultraflexible, fomentando así el desarrollo de las tecnologías fotovoltaicas en alta mar”.

El grupo de investigación explicó que la membrana fotovoltaica que se sometió al proceso de pruebas tenía un diámetro de 1 m, un diámetro de sección transversal flotante de 0,032 m, un grosor de 0,0o11 m, una masa de 1,3 kg, una masa total de la isla de 2,18 kg y una rigidez a la flexión flotante de 0,11 N/m2.

Mediante las pruebas, los académicos evaluaron, en particular, la respuesta hidroelástica global en el dominio de la frecuencia de la membrana bajo olas regulares. Su análisis se basó en la teoría del flujo potencial y la teoría de la hidroelasticidad en 3D. Esta última se utiliza habitualmente para predecir el efecto hidroelástico debido a las cargas inducidas por las olas en un cuerpo flotante y la primera es un modelo de flujo de fluidos que describe el flujo incompresible, no viscoso e irrotacional.

“El análisis comienza con un estudio de convergencia centrado en el número de modos tanto para el movimiento en el plano como fuera del plano”, explicaron, subrayando que también asumieron un modelo totalmente axisimétrico sin influencias de amarre y escenarios de dirección de las olas con diferentes orientaciones de los puntos de amarre. “Posteriormente, se presentan las amplitudes de respuesta de cada modo, así como los resultados en varios puntos de prueba”.

También aplicaron el método del multiplicador de Lagrange para evaluar las condiciones de conexión entre la membrana y el flotador. Este método se utiliza generalmente en optimización matemática para identificar los mínimos o máximos locales de una función sujeta a una restricción.

Según los científicos, las pruebas demostraron que, a bajas frecuencias de oleaje, el flotador y la membrana se mueven con las olas. En cambio, con frecuencias de ola altas, aumenta la rigidez del flotador, así como la interacción tridimensional de la plataforma.

“Este cambio suscita preocupación por los efectos de las olas sobre el rendimiento operativo de la plataforma fotovoltaica”, afirman. “Los movimientos en el plano y fuera del plano son cruciales para los sistemas fotovoltaicos flotantes. El movimiento en el plano influye en el diseño del sistema de amarre y afecta a la distribución de tensiones de la membrana y los paneles solares”.

El grupo afirmó que los resultados ponían de relieve la influencia crucial de las características del oleaje, especialmente con una frecuencia de olas elevada.

El nuevo sistema se presentó en el estudio “A frequency-domain hydroelastic analysis of a membrane-based offshore floating photovoltaic platform in regular waves” (Un análisis hidroelástico en el dominio de la frecuencia de una plataforma fotovoltaica flotante marina basada en membranas en olas regulares), publicado en la revista Journal of Fluids and Structures. “En nuestro trabajo futuro desarrollaremos un modelo más completo en el dominio del tiempo que pueda ofrecer una representación más detallada y precisa del comportamiento de la plataforma en condiciones variables”, afirman los académicos refiriéndose a la futura dirección de su trabajo.

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