Nuevo modelo de diseño de sistemas fotovoltaicos flotantes en alta mar

Utilizando un marco multifísico que integraba las propiedades mecánicas y optoeléctricas de los sistemas fotovoltaicos flotantes en alta mar, investigadores de la Universidad Técnica de Delft (Países Bajos) estudiaron las cargas estructurales experimentadas por diversas estructuras fotovoltaicas flotantes y las pérdidas de energía eléctrica asociadas.

«Simulaciones como las que hemos realizado arrojan luz sobre qué configuraciones funcionarán mejor antes de implantarlas en un sistema piloto», declaró a pv magazine la autora correspondiente, Alba Alcañiz Moya, señalando que el modelo permitía cosas como pruebas de fatiga, cargas extremas y análisis del ciclo de vida de la plataforma, “todo lo cual no es fácil de hacer en una plataforma de pruebas física”.

«Por último, el desarrollo de un marco de este tipo nos permite desarrollar un gemelo digital de la plataforma», añadió.

Se examinaron varias configuraciones de flotadores, incluidos flotadores individuales grandes y múltiples flotadores pequeños conectados con bisagras libres. Se introdujeron las decisiones de diseño estructural, así como los movimientos de las olas y las condiciones meteorológicas, como vientos fuertes, irradiancia y rendimiento optoelectrónico para calcular el rendimiento. La formulación optoelectrónica se implementó numéricamente en Python utilizando la herramienta de modelado PVLIB-Python del Laboratorio Nacional de Sandia.

Los resultados revelaron una compensación de diseño para el número de flotadores. Un menor número de flotadores parecía inducir menos movimiento fotovoltaico y lograr un mejor rendimiento, mientras que un mayor número de flotadores tendía a permitir una menor tensión elástica para lograr una estructura más duradera.

«Un mayor número de flotadores aumenta la estabilidad del sistema, ya que la tensión se distribuye entre ellos y las bisagras permiten una mayor flexibilidad de movimiento. Sin embargo, esta flexibilidad de movimiento hace que los módulos se muevan más, aumentando las pérdidas por desajuste de potencia», explica Alcañiz Moya. «Esta compensación nos brinda la oportunidad de identificar el equilibrio óptimo para cada ubicación. Además, nuestro estudio nos dota de las herramientas y conocimientos necesarios para precisar esta configuración ideal».

El equipo observó la influencia de las propiedades estructurales en las pérdidas por desajuste de potencia en diversos escenarios. «Se observa que el módulo de Young del material sólo influye en los flotadores más largos, donde predomina la respuesta elástica», señaló. «Por el contrario, los cambios en la relación de relleno de la sección transversal afectan a los flotadores más cortos, donde prevalece la respuesta de cuerpo rígido. El grosor de la viga del flotador tiene el efecto más significativo en las distintas longitudes del flotador».

Los resultados de los escenarios de 25 y 50 flotadores mostraron una respuesta elástica dominante para espesores de flotador bajos y una respuesta de cuerpo rígido para espesores de flotador altos. «Como resultado, un flotador más fino dio lugar a menores pérdidas por desajuste, debido a la mayor resistencia de la respuesta hidroelástica. Se observó una tendencia similar al variar la proporción de relleno, ya que una proporción de relleno baja ofrecía menores pérdidas por desajuste de potencia debido a la respuesta hidroelástica. Por lo tanto, se puede conseguir un escenario de baja pérdida por desajuste de potencia mediante un único flotador largo con gran rigidez a la flexión o varios flotadores pequeños con menor rigidez a la flexión», afirman los investigadores.

«El resultado más sorprendente para mí fue que las pérdidas por desajuste de potencia causadas por las olas no eran tan elevadas como esperaba», afirma Alcañiz Moya. «Imaginé los módulos de un sistema flotante moviéndose constantemente debido a las olas, cada uno con una orientación diferente. Eso debería crear enormes pérdidas por desajuste de potencia. Sin embargo, los resultados mostraron pérdidas de desajuste de potencia relativamente pequeñas».

En sus observaciones finales, el grupo subrayó la «simbiosis» entre la energía solar y la eólica marinas. «Optar por un gran número de pequeños flotadores conduce a una transición de la respuesta elástica a la de cuerpo rígido, con lo que las tensiones elásticas son mínimas. Afortunadamente, las mayores pérdidas por desajuste se producen en los días soleados y ventosos de invierno, es decir, en los periodos de baja generación. Esta menor generación puede ser compensada por los aerogeneradores, fomentando la simbiosis entre las dos fuentes de energía renovable en alta mar», se afirma.

Los detalles del estudio se recogen en «Structural Analysis and Power Losses in Floating Solar Platform in Offshore Environment» (Análisis estructural y pérdidas de potencia en una plataforma solar flotante en un entorno marino), publicado en Applied Energy.

De cara al futuro, los investigadores afirman que se centrarán en el análisis tridimensional, la investigación de las plataformas fotovoltaicas flotantes de forma irregular y la interacción con las líneas de amarre. «Además, se desarrollará el modelo hidroelástico para tener en cuenta la no linealidad de las olas oceánicas y la respuesta estructural. También se estudiarán ubicaciones alternativas y diferentes estructuras flotantes, como las membranas», señalaron.

Este contenido está protegido por derechos de autor y no se puede reutilizar. Si desea cooperar con nosotros y desea reutilizar parte de nuestro contenido, contacte: editors@pv-magazine.com.