Generación de energía fotovoltaica

IntroducciónCon la intensificación del calentamiento global, el fenómeno de El Niño plantea desafíos cada vez más severos centrales fotovoltaicasMuchos climas extremos que nunca antes habían ocurrido ahora están influyendo en nuestros estándares actuales de diseño industrial. ContenidoCapítulo uno: El desastre cae del cieloCapítulo dos: Explosión de golpe descendenteCapítulo tres: Aumento repentino de la velocidad del vientoCapítulo cuatro: Cambio repentino en la dirección del vientoCapítulo cinco: El despertar de la industria Capítulo uno: El desastre cae del cielo17 de marzo de 2025, 4 a. m., Texas, EE. UU. La lluvia que caía fuera de la ventana había estado lloviznando toda la noche. De repente, un trueno deslumbrante, como una espada afilada, rasgó el cielo negro como la boca del lobo. Inmediatamente después, el viento feroz, como una bestia salvaje que se hubiera liberado de sus grilletes invisibles, rugió salvajemente y azotó el suelo. Los extraños crujidos que siguieron rompieron gradualmente la tranquilidad del pequeño pueblo. Estaba profundamente dormida cuando me despertó de repente un ruido fuerte, como si alguien estuviera tirando piedras a mi casa. Al ser entrevistada, Luna, ama de casa, seguía conmocionada. "Pero las piedras venían de todas direcciones sin ningún patrón. Estaba aterrorizada. Los caballos del establo relinchaban sin parar. Ese sonido era muy inquietante."▽ Tiempo de tormenta eléctrica No tardó mucho en amanecer y dejar de llover. Temprano en la mañana, el veterano policía Frank conducía por la autopista 36. Antes, si girabas a la derecha en la intersección, podías pasar por una central fotovoltaica. Sin embargo, hoy, la escena ante sus ojos era escalofriante. Era un sistema de rastreo en expansión. Sobre los componentes originalmente de tono negro, aparecieron varios agujeros de diferentes tamaños, cubriendo los componentes como copos de nieve.▽ El componente fue destrozado por el granizo ▽ El rastreador fue dañado por el granizo En los últimos años, bajo la profunda influencia del calentamiento global, el fenómeno de El Niño ha cobrado cada vez mayor relevancia. Fenómenos climáticos extremos que antes se consideraban extremadamente raros, que ocurrían una vez cada cien o incluso mil años, ahora se presentan con frecuencia.Los métodos de diseño tradicionales suelen planificar con antelación para garantizar que todo sea infalible. Sin embargo, la ocurrencia de fenómenos meteorológicos extremos es cada vez más irregular e impredecible.▽ El rastreador fue dañado por un tornado ▽ Los incendios en las centrales fotovoltaicas ocurren con frecuencia Entre las numerosas condiciones climáticas extremas, hay una que es particularmente dolorosa. Su ocurrencia no está limitada por el tiempo ni la geografía.Como un fantasma invisible, envuelve silenciosamente el área donde puede ocurrir una crisis, representando una enorme amenaza para las centrales fotovoltaicas. Capítulo dos: Explosión de golpe descendenteLas tormentas eléctricas son un fenómeno meteorológico común, y su ocurrencia suele concentrarse al anochecer o por la noche. Durante su ocurrencia, se suele acumular una gran cantidad de vapor de agua, formando así una serie de "fortalezas móviles" con características dinámicas que se desplazan rápidamente sobre el terreno.▽ Imagen de nubes con tormenta eléctrica Estas fortalezas móviles suelen portar armas muy potentes. Cuando las condiciones son propicias, lanzan ataques terrestres, provocando fenómenos meteorológicos extremos como lluvias torrenciales, granizo y fuertes vientos.El impacto más significativo sobre los seguidores fotovoltaicos es el clima local causado por tormentas eléctricas: downburst.▽ Explosión de golpe descendente Una ráfaga descendente, también conocida como downburst en inglés, es una fuerte corriente de aire descendente local y de pequeña escala. Al impactar el suelo, genera fuertes vientos lineales destructivos.Es como una "bomba de aire". La amenaza de esta "bomba aérea" para los seguidores fotovoltaicos proviene principalmente de dos aspectos: • un aumento repentino de la velocidad del viento, que aumenta rápidamente en un corto período de tiempo; • La dirección del viento cambia repentinamente, rápidamente en un corto período de tiempo. Capítulo tres: Aumento repentino de la velocidad del vientoQuienes estén familiarizados con los seguidores fotovoltaicos deben saber que, cuando la velocidad del viento supera un umbral determinado, el seguidor entra en modo de protección contra vientos fuertes. Este modo requiere que el seguidor gire al ángulo más favorable y se detenga en él para resistir vientos de alta velocidad. Desde aquí podemos encontrar que para el rastreador, hay dos parámetros clave de velocidad del viento:• Velocidad del viento de funcionamiento: El viento mínimo que activa el modo de viento fuerte• Velocidad extrema del viento: La velocidad máxima del viento que se puede soportar en el ángulo de atraque No podemos evitar preguntarnos: si el rastreador activa el modo de viento fuerte y la velocidad del viento sigue aumentando durante su rotación, ¿qué tipo de impacto tendrá esto en la estructura del rastreador?Para discutir esta cuestión, necesitamos introducir un término meteorológico: "aumento repentino de la velocidad del viento". ▽ Dos tipos de corrientes descendentes provocan un aumento brusco de la velocidad del vientoMicroexplosión (Parte 1)Derecho (Parte 2)Un aumento repentino en la velocidad del viento, es decir, un aumento repentino de la velocidad del viento en un corto período de tiempo, puede provocar que el rastreador no pueda ajustarse al ángulo del viento fuerte a tiempo y pueda ser destruido por este. Este fenómeno es particularmente peligroso para los seguidores de un solo punto que adoptan el modo de atraque contra el viento.▽ Un gráfico del fuerte aumento de la velocidad del viento en una determinada región del Medio Oriente a lo largo de los años.(referencia de 15 m/s, 3 s a 10 m)La velocidad del viento puede aumentar de 15 m/s a 33 m/s como máximo en 2 minutos.La velocidad del viento se disparó a 9 metros por segundo por minuto. Para los seguidores de un solo punto, 0° es el ángulo más desfavorable. Cuanto más cerca de 0°, peor será la estabilidad del seguidor. Si el seguidor está estacionado de cara al viento, pero en ese momento se encuentra a sotavento, tras entrar en modo de protección contra el viento, debe girar en la dirección opuesta, lo que se conoce como "giro". Este tipo de seguimiento de giro en U inevitablemente provocará que el sistema se desvíe por 0°. Como resultado, el seguidor se volverá cada vez más inestable a medida que gira, y la velocidad crítica del viento (Ucr) disminuirá cada vez más. El seguidor entrará gradualmente en la "zona de peligro". Si la velocidad del viento aumenta rápidamente en este momento, el llamado modo de protección contra vientos fuertes podría convertirse en un "modo suicida por vientos fuertes", y el seguimiento de "giro en U" significaría en realidad dar un giro en U. ▽ Punto único de accionamiento "muelle contra el viento"Es imposible evitar los riesgos que conlleva el aumento repentino de la velocidad del viento. El problema del aumento repentino de la velocidad del viento se está agravando cada vez más, especialmente en las zonas del desierto de Gobi. Debido a la gran diferencia de temperatura entre el día y la noche, muchos rastreadores han sufrido daños de diversa gravedad, principalmente relacionados con el aumento repentino de la velocidad del viento. Sin embargo, además del aumento repentino de la velocidad del viento, un cambio repentino en la dirección del viento constituye otra amenaza potencial.▽ Un aumento repentino en la velocidad del viento causó daños a los rastreadores en una determinada zona de Oriente Medio Capítulo cuatro: Cambio repentino en la dirección del vientoPara reducir la presión del viento sobre los módulos y mejorar su estabilidad estructural, los sistemas tradicionales de seguimiento fotovoltaico suelen adoptar la estrategia de protección de "acoplamiento contra el viento", es decir, hacer que los módulos miren en la dirección del viento.Sin embargo, la dirección del viento no es fija. En ciertas condiciones climáticas extremas, como cuando se produce una ráfaga descendente, la dirección del viento puede cambiar repentinamente.En este punto, el rastreador debe ajustar su ángulo inmediatamente para evitar daños causados ​​por el viento que sopla desde la parte posterior del componente.▽ Se adopta un motor rápido para reducir el tiempo de rotación del rastreador. El cambio repentino en la dirección del viento provocado por una ráfaga descendente se caracteriza por su corta duración y alta velocidad, e incluso puede lograr un giro de 180 grados en cinco minutos.Esto significa que el rastreador solo tiene cinco minutos para completar el ajuste del ángulo. Muchos fabricantes de rastreadores han reconocido este problema y han adoptado motores rápidos para aumentar la velocidad de rotación.▽ La dirección del viento cambió 180 grados en cinco minutos Desafortunadamente, la mayoría de los fabricantes de rastreadores adoptan una estrategia de estacionamiento a barlovento con un ángulo amplio de 60°. En el peor de los casos, para virar de 60° este a 60° oeste, el rastreador necesita rotar un rango de 120°. Debido al rápido cambio de dirección del viento, incluso con un motor rápido, el tiempo restante para el rastreador es de solo cinco minutos, lo que dificulta alcanzar la posición designada a tiempo antes de que cambie la dirección del viento. Por este motivo, los fabricantes de rastreadores han propuesto una estrategia de parada de viento de "ángulo completo", lo que significa que independientemente de cómo cambie la dirección del viento, el rastreador se detendrá en la posición de ángulo máximo más cercana al ángulo de seguimiento actual. ▽ Muchos fabricantes de sistemas de seguimiento tuvieron que renunciar a acoplarse contra el vientoCambiar a una estrategia de estacionamiento de "ángulo grande sin dirección del viento"La imagen de arriba: PVHLa siguiente imagen: GameChange Este diseño rompe el modo tradicional de "atraque a barlovento", ya que en este caso, el rastreador debe soportar la velocidad máxima del viento en la posición de ángulo máximo en el lado de sotavento. Esto supone unas exigencias muy elevadas en lo que respecta a la fiabilidad estructural de todo el seguidor y también supone un grave desafío para la capacidad de soportar presión de los componentes. ▽ La presión de elevación de los componentes generalmente es demasiado alta cuando están protegidos del viento. Capítulo cinco: El despertar de la industriaTras el desastre del tifón jordano de 2018, se desencadenó el primer despertar de la industria de los seguidores. Se invirtieron grandes cantidades de recursos financieros y humanos en el campo de la ingeniería eólica. La importancia de la ingeniería eólica está profundamente arraigada en el corazón de la gente. Muchos ingenieros destacados han dominado ciertos conocimientos de ingeniería eólica e incluso pueden rivalizar con los académicos más experimentados en este campo. Hoy en día, los daños causados ​​por condiciones climáticas extremas a las centrales fotovoltaicas han vuelto a alertar a la industria de los seguidores. Numerosos proyectos se enfrentan a situaciones nunca antes vistas. La mayoría de las condiciones climáticas extremas no se han verificado ni analizado en las primeras etapas del diseño. Por lo tanto, podemos predecir que en el futuro, la "ciencia atmosférica" ​​​​se convertirá en una consideración importante en el diseño de rastreadores y seguramente impulsará el segundo despertar de la industria de los rastreadores. ▽ La ciencia atmosférica es una rama de la ciencia de la Tierra. Mientras tanto, muchos terceros también han observado los graves desafíos que las condiciones climáticas extremas plantean a los soportes fotovoltaicos. Por ejemplo, instituciones como VDE y RETC han tenido un desempeño sobresaliente en la investigación de la resistencia al granizo. Tomemos como ejemplo la organización independiente sin fines de lucro RMI en Estados Unidos. Esta organización ha publicado tres informes de análisis sobre el impacto de las condiciones climáticas extremas en los sistemas fotovoltaicos. Los informes son detallados y altamente profesionales, y constituyen una referencia importante para la industria. Además de la ayuda de instituciones externas, los propios fabricantes de rastreadores también exploran activamente métodos para obtener datos meteorológicos reales. Mediante la comparación y el análisis de los resultados con pruebas en túneles de viento, buscan optimizar el diseño de los rastreadores y mejorar su capacidad para afrontar condiciones climáticas extremas.▽ Campus Flatirons del NRELLa base de pruebas del parque eólico al aire libre de NX y ATI ▽ El Proyecto de Microrred Integrada de Puertollano en EspañaBase de pruebas del parque eólico exterior de Arctech La industria de los seguidores fotovoltaicos ha tropezado con numerosos obstáculos y desafíos. Los fenómenos meteorológicos extremos son aterradores, pero no insuperables. Sin embargo, cuando nos encontramos en la encrucijada de la transformación industrial, surge silenciosamente una crisis aún mayor. ➡️Esperamos su visita a nuestro sitio web y poder debatir con usted más conocimientos técnicos sobre la energía solar: https://www.esolarfirst.com