Investigadores de la Universidad de Ingeniería de Harbin (China) han estudiado el uso de conectores rígidos de una sola varilla en configuraciones fotovoltaicas flotantes y han descubierto que estos conectores ofrecen una serie de ventajas frente a las cuerdas de poliéster.
El grupo de investigación realizó varias simulaciones numéricas con distintos tamaños de sistemas fotovoltaicos flotantes, distintas longitudes de varilla y distintos grados de libertad de movimiento. «Actualmente, muchos flotadores se conectan mediante cuerdas de poliéster», explicó. «Sin embargo, a medida que aumenta el área de despliegue fotovoltaico, también aumentan el número de cuerdas de poliéster y la complejidad de su disposición, lo que plantea posibles problemas. En comparación con los cables de poliéster, los conectores estructurales de acero ofrecen ventajas como la simplificación de su disposición. Por tanto, aplicar conectores estructurales de acero para conectar flotadores fotovoltaicos es un enfoque prometedor».
En su simulación, los científicos supusieron que el sistema flotante se desplegaría en aguas con una profundidad de 12,68 m. Cada plataforma fotovoltaica se apoya en cuatro pequeños flotadores octogonales, fabricados en polietileno de alta densidad (HDPE, por sus iniciales en inglés) y con un diámetro exterior de 2,8 m e interior de 1,2 m. También se emplea un sistema de amarre de seis líneas.
Los flotadores se conectan con conectores rígidos de 1,2 m, a saber, conectores puramente rígidos, conectores articulados y conectores cardán. Mientras que los conectores puramente rígidos no liberan ningún grado de libertad, los conectores articulados permiten una rotación relativa. Los conectores cardán permiten la rotación sobre dos ejes, reduciendo los momentos de flexión verticales y laterales, pero son propensos a los efectos de autobloqueo bajo la acción de las olas. Cada tipo de conector se probó en configuraciones de dos, cuatro u ocho paneles fotovoltaicos. El caso de un sistema de dos paneles se investigó más a fondo, con longitudes de conector adicionales de 0,5 m y 1,9 m.
«Se ha demostrado mediante validación que la teoría del flujo potencial tridimensional puede aplicarse bien al movimiento de sistemas fotovoltaicos flotantes», afirman los académicos. «En los conectores rígidos entre los flotadores, se simulan diferentes uniones imponiendo restricciones. La conexión utilizada en el artículo es un conector de una sola varilla. Por tanto, las restricciones se imponen en ambos lados. En la simulación numérica, las uniones de los conectores se simplifican en restricciones, y se simulan distintas formas de conectores liberando grados de libertad en distintas direcciones».
Los resultados de la simulación mostraron que los conectores puramente rígidos experimentan importantes momentos flectores longitudinales y cargas verticales. En cambio, la liberación de grados de libertad conlleva una reducción correspondiente de los momentos flectores y las cargas. Los conectores cardán experimentan momentos longitudinales 4,86 veces menores que los conectores puramente rígidos en condiciones específicas.
«Es importante destacar que, en los conectores cardán, el efecto de autobloqueo reintroduce rigidez, generando momentos flectores adicionales», destacaron los investigadores. «Esto sugiere que los conectores que carecen de grados de libertad liberados son inadecuados para los duros entornos de alta mar». Para evitar el autobloqueo, los conectores cardán deberían utilizarse individualmente en zonas con condiciones de viento y oleaje más bajas».
Para concluir su artículo, los científicos explicaron que, a medida que aumenta el número de flotadores, las cargas sobre los conectores aumentan progresivamente, y también aumenta la probabilidad de que haya aguas verdes en cubierta. «Las cargas máximas sobre los conectores en las configuraciones de ocho flotadores y cuatro flotadores son significativamente mayores que las de la configuración de dos flotadores, y el punto de carga máxima se desplaza hacia el centro a medida que se amplía la configuración de flotadores», afirmaron. «Este hallazgo indica que la sección central del sistema multiflotante es particularmente vulnerable».
Los resultados se presentaron en «Hydrodynamic analysis of floating photovoltaic system constrained with rigid connectors» (Análisis hidrodinámico de un sistema fotovoltaico flotante restringido con conectores rígidos), publicado en Scientific Reports. En el equipo de investigación participaron científicos del especialista chino en alta mar Yantai CIMC Raffles.
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