Rompeolas generadores de energía para sistemas fotovoltaicos flotantes

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Investigadores del Instituto de Tecnología de Singapur han estudiado el rendimiento de nuevos rompeolas flotantes (FB) que integran convertidores de energía undimotriz (WEC).

Los rompeolas están pensados para su uso en granjas fotovoltaicas flotantes en alta mar (OFPV). «Cuando los OFPV se trasladan a mar abierto, se ven expuestos a fuertes olas aleatorias, por lo que el diseño de la estructura debe tener en cuenta estas cargas cíclicas», explica a pv magazine Zhi Yung Tay, autor correspondiente de la investigación. «Hay pocos trabajos de investigación centrados en estudiar el efecto de los FB híbridos y los WEC para mitigar la respuesta del parque solar fotovoltaico flotante y mejorar la extracción de energía de las olas del OFPV».

Mediante simulaciones numéricas, los científicos investigaron los FB en forma de I, L, U y caja que rodean el parque fotovoltaico desde todas las direcciones. También desarrollaron un método propio de elementos finitos de contorno (FE-BE) para simular el parque fotovoltaico y el FB por sus lados. Mientras que el análisis FE divide las estructuras en más elementos menores para analizar la estructura, el análisis BE se centra en resolver problemas en sus límites.

El método FE-BE considera el dominio del agua, el dominio de la estructura y la absorción de potencia, entre otros parámetros, mediante ecuaciones matemáticas. «La validación del modelo se realizó comparando las frecuencias naturales y los modos de vibración con sus homólogos obtenidos con el software Abaqus», destacó Tay.

En las simulaciones, el OFPV tenía una disposición cuadrada de 101,2 m x 101,2 m y una profundidad de 0,2 m. El FB mide 103,2 m de largo y 2 m de ancho y está situado a 1 m del parque fotovoltaico flotante. Se supone que los WEC de tipo balsa están articulados al FB, cada uno con una profundidad de un metro.

«Teniendo en cuenta que los OFPV se desplegarán en regiones de clima tropical con un estado del mar moderado, el periodo de oleaje asumido en los estudios de caso es T = 3s, 4s y 5s, mientras que la profundidad del agua es de 10 m», añade Tay.

En su análisis, los académicos descubrieron que los CME alcanzan la mayor potencia adicional cuando la longitud de onda es más corta. En mar de proa, donde las olas se dirigen directamente hacia la estructura, la configuración en forma de I es la que genera más energía. En mar oblicua, donde las olas se acercan en ángulo, la forma de caja es la que mejor funciona.

«La mayor eficacia en la extracción de energía de las olas la obtuvo la configuración FB-WEC-I, mientras que las configuraciones FB-WEC-U y FB-WEC-BOX tuvieron una eficacia menor pero un mayor rango de funcionamiento debido a su capacidad para captar olas oblicuas», declaró el equipo de investigación. «La FB-WEC-BOX es la más eficaz para mitigar la respuesta hidroelástica de la OFPV, seguida de la FB-WEC-U, la FB-WEC-L y la FB- WEC-I cuando el periodo de ola es pequeño, es decir, 3s y 4s». Añadió que el FB y el FB-WEC no son eficaces cuando la longitud de onda de encuentro es superior a 5 segundos.

Los investigadores explicaron que su trabajo se limitaba a supuestos de orden lineal y afirmaron que es necesario seguir investigando para optimizar los parámetros de diseño de los FB-WEC tras su validación experimental.

Sus conclusiones se presentaron en «Performance of integrated FB and WEC for offshore floating solar photovoltaic farm considering the effect of hydroelasticity», publicado en Ocean Engineering.

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