Nueva prueba de granizo para evaluar el impacto de grandes bolas de hielo de alta velocidad en los paneles solares

Científicos de la Universidad de Ciencias Aplicadas y Artes del Sur de Suiza han desarrollado una novedosa prueba de granizo para paneles fotovoltaicos que tiene en cuenta el impacto de grandes bolas de hielo a gran velocidad.

El equipo de investigación subrayó que las pruebas tradicionales de granizo realizadas según la norma IEC 61215-2 suelen evaluar el impacto de bolas de hielo de 25 mm de diámetro y 80 km/h de velocidad. Sin embargo, también señaló que la Asociación Suiza de Aseguradores Cantonales contra Incendios -la Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen (VFK)- estableció un requisito mínimo de 30/40 mm y añadió que el laboratorio suizo SUPSI PVLab planea actualmente crear un banco de pruebas de granizo que alcance 100 mm de diámetro y 166 km/h de velocidad.

“El aumento del diámetro de la bola de hielo requiere la evaluación de la preparación, repetibilidad y representatividad de la muestra, así como la capacidad de manejar altas velocidades con masas elevadas para reducir la incertidumbre en la energía de impacto, tal como exigen las normas suizas”, señalaron los investigadores.

Utilizaron una barra Hopkinson y otra de aluminio de 30 mm para analizar la forma de onda resultante de la colisión de las bolas de hielo. También utilizaron una estación de galgas extensométricas, una pistola de gas para acelerar las bolas de hielo y una cámara para grabar imágenes rápidas.

La pistola de gas se diseñó para disparar bolas de hielo de 25 mm, 40 mm y 70 mm de diámetro sobre la barra Hopkinson. “Se utilizó un tubo redondo de plexiglás con diferentes diámetros interiores para guiar el hielo esférico en su interior”, explicaron los investigadores. “Para medir la velocidad de las muestras de hielo esférico, se colocó un sensor láser en el extremo del tubo”.

Los académicos dispararon las tres bolas a la misma velocidad y a dos temperaturas de congelación diferentes, -5 ºC y -20 ºC, para comparar la respuesta de la carga frente al tiempo.

Analizando las muestras de 40 mm de diámetro, comprobaron que la disminución de la temperatura provocaba una tasa de carga doble, lo que a su vez causaba una mayor tasa de tensión en la barra.

“En el caso de las bolas de hielo de 25, 40 y 70 mm a -20 ºC, las fuerzas máximas son aproximadamente un 70%, 59% y 44% superiores a las de -5 ºC a las mismas velocidades”, explicaron además. “Para 25, 40 y 70 mm, el hielo alcanza su fuerza máxima en un tiempo más corto a -20 ºC, que es un 30%, 21% y 2% menor que a -5 ºC”.

El análisis demostró que una temperatura más baja da lugar a una fuerza máxima más alta y un tiempo máximo más corto. “Con estos resultados preliminares, el proyecto avanzará en sus tareas futuras, que incluyen el análisis de los daños causados por la piedra de granizo mediante una cámara multiespectral, el análisis de paneles fotovoltaicos de diferentes edades, la caracterización mecánica del hielo en el mismo rango de velocidad de deformación y el modelado FEM de los fenómenos”, concluyen los científicos.

Sus resultados se presentan en el estudio “Advanced characterisation of photovoltaics for hail resistance” (Caracterización avanzada de la resistencia al granizo de los sistemas fotovoltaicos), publicado en Materials Letters.