Investigadores de China y Estados Unidos han propuesto una novedosa solución fotovoltaica flotante modular (FPV, por sus siglas en inglés) para evaluar el comportamiento de módulos multiconexión en alta mar en condiciones combinadas de olas y viento. El equipo, formado por científicos de la Universidad Tecnológica de Dalian y la Universidad de Maine, analizó varios tipos de sistemas FPV fijos y articulados para determinar posibles enfoques de optimización.
“El FPV es un complejo sistema multicuerpo sometido a la acción conjunta del viento, las olas, las corrientes y otros campos multifísicos”, señala el estudio. “Por lo tanto, es de inmensa importancia desarrollar metodologías y modelos de ingeniería robustos para diseñar sistemas FPV aplicados a entornos marinos”.
El análisis reveló que, a medida que aumenta el número de módulos, las respuestas de movimiento son más pronunciadas, y la plataforma de 2 x 2 experimentó la respuesta de cabeceo más significativa de las configuraciones estudiadas. El equipo también observó que el movimiento adicional generado por las conexiones articuladas daba lugar a una respuesta dinámica “no despreciable” para los sistemas FPV multicuerpo, mientras que los sistemas que utilizaban conexiones fijas no mostraban una respuesta dinámica significativa. Además, los investigadores observaron que la tensión de amarre de los sistemas con conexiones articuladas era mayor que la de los sistemas con conexiones fijas.
Para este estudio, el grupo introdujo un novedoso diseño modular para plataformas FPV que incorporaba el concepto de plataformas semisumergibles de ingeniería oceánica. Utilizó un sistema de amarre de catenaria, basado en una curva que se ha empleado habitualmente en amarres de puentes, barcos y plataformas oceánicas. Para el estudio se seleccionó un emplazamiento en alta mar de la provincia china de Shandong, se utilizó el análisis en el dominio de la frecuencia y se evaluaron el rendimiento hidrodinámico global y las características de comportamiento de varios tipos de plataformas FPV.
Los investigadores crearon las plataformas FPV con pontones cilíndricos y placas oscilantes. Montaron paneles solares con una inclinación de 10 grados en cerchas de acero sobre los pontones, y cada cercha de acero proporcionó al menos 250 kW de generación de energía por plataforma. Se examinaron las respuestas de movimiento en condiciones extremas de los sistemas FPV amarrados en solitario, 2 x 2 y 3 x 3.
“La estabilidad de las plataformas FPV es crucial para evitar la pérdida de instalaciones de energía causada por el vuelco y minimiza los daños a los cables de transmisión de energía”, señalaron. “Como resultado, el diseño del amarre es crítico para mitigar la respuesta dinámica de los sistemas FPV”.
El estudio subraya que la respuesta al cabeceo está influida por la relación entre masa y rigidez. Los investigadores observaron que la máxima respuesta al cabeceo de los sistemas FPV 2 x 2 “se obtiene cuando la depresión de la ola está justo en la posición de conexión de los dos módulos y éstos tienen forma de V”. Sin embargo, añadir una tercera fila de módulos ayudó a reducir los movimientos relativos, de modo que “el movimiento de cabeceo máximo de la plataforma 3 x 3” fue menor que el máximo de la plataforma 2 x 2.
Basándose en su análisis, el equipo recomienda un ángulo de instalación de al menos 15 grados para un sistema FPV multicuerpo, con el fin de reducir tanto el movimiento como las respuestas estructurales.
Las conclusiones del grupo están disponibles en el estudio “Assessing the dynamic behavior of multiconnected offshore floating photovoltaic systems under combined wave-wind loads: A comprehensive numerical analysis” (Evaluación del comportamiento dinámico de sistemas fotovoltaicos flotantes marinos multiconectados bajo cargas combinadas de olas y viento: un análisis numérico completo), publicado en Sustainable Horizons.
“Se podrían optimizar los sistemas de amarre para mejorar aún más el rendimiento y reducir las respuestas de movimiento de la plataforma; estas optimizaciones pueden suponer un ahorro de costos y hacer que el sistema en su conjunto sea más viable económicamente”, concluyen.
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