Los efectos de la velocidad del viento, la presión y la carga en los paneles solares fotovoltaicos

- Mar 13, 2019-

Fuente: nef.org.uk

La carga de viento debe considerar la velocidad máxima recurrente del viento y no, como se usa para micro turbinas eólicas, las velocidades promedio. Este mapa muestra las velocidades máximas del Reino Unido en metros por segundo y, en términos generales, no es probable que un panel solar normal correctamente instalado agregue una carga de viento insegura a un techo típico del Reino Unido en las zonas I a III, por lo que se puede utilizar un método de cálculo simplificado. Se debe prestar especial atención en las Zonas IV y V, principalmente en el norte y oeste de Escocia y las islas del Norte y Occidental.

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Cuando se requieren cálculos más detallados, se debe utilizar el Eurocódigo [Nota 1] para la carga de viento en estructuras de edificios y el Anexo Nacional del Reino Unido relacionado. El proceso de cálculo tiene seis pasos:

  1. Determine la velocidad del viento del sitio Vs

  2. Determine la velocidad efectiva del viento Ve

  3. Determinar la presión dinámica qs = 0.613 Ve2

  4. Determinar la presión de la superficie externa pe

  5. Determinar la presión superficial interna pi

  6. Determine la carga neta en el módulo fotovoltaico P = (pe - pi) A

Esta página no intentará mostrar todos los factores incorporados, pero la información requerida incluye la altura del edificio, la altitud, la distancia desde el mar, la distancia desde el borde de la ciudad, la altitud del sitio, la topografía, la distancia y la altura de los edificios circundantes y otros Factores para las 12 direcciones del viento. BRE Digest 436 proporciona más información sobre este proceso y hay un programa BRE BREVe. El Anexo Nacional proporciona los coeficientes de presión externa para una amplia gama de formas de techo, incluyendo techos planos, techos de monopiezas, techos inclinados tradicionalmente y techos de cadera, pero no aborda específicamente el panel fotovoltaico u otros paneles solares.

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Este diagrama muestra un plano esquemático de un techo inclinado con viento proveniente de dos direcciones (oeste y sur si el norte es la parte superior del diagrama), que muestra las diversas zonas de presión del viento en el techo para las cuales es posible que se deban realizar cálculos.

En las zonas I a III, a menudo es posible usar una fórmula simplificada para la fuerza del viento: F = qsCpnetCaA donde:

  • qs es la presión dinámica del viento.

  • Cpnet es el coeficiente de presión neta.

  • Ca es un factor de efecto de tamaño que se reduce a un valor de 1 para una matriz inferior a 5 m en diagonal.

  • A es el área cargada del módulo fotovoltaico.

En este caso, la presión dinámica del viento (qs) se puede encontrar en las tablas de referencia que consideran solo la altura del edificio, la altitud, la zona y si la topografía local es significativa o no. Hay dos valores necesarios para el coeficiente de presión neta: uno para la elevación potencial y el otro para la fuerza hacia abajo.

Altura y diseño del panel.
El proyecto EurActive Roofer había identificado anteriormente cinco arreglos básicos de paneles. En esencia, para los paneles montados tradicionalmente en la superficie de un techo, Cpnet también se puede encontrar en las tablas, con los valores que varían según estén o no dentro de los 300 mm del borde del techo, por lo que esto se convierte en una característica importante del diseño. El tipo de fijación también es crucial para los paneles de separación tradicionales. Las fijaciones de ganchos no deben ser tan flexibles que levanten significativamente las tejas de los techos circundantes. El espacio máximo entre las baldosas con un gancho instalado debe ser inferior a 6 mm y se recomienda que la desviación máxima del gancho sea inferior a 70 mm en la carga de viento de diseño. Esto puede comprobarse aplicando la carga de viento de diseño a un gancho o techo simulado utilizando pesas y un sistema de poleas y midiendo la deflexión residual.

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Los diseños integrados que son nominalmente herméticos pueden tratarse como cualquier otro revestimiento de techo de acuerdo con el Eurocódigo (siempre que no sobresalgan del techo más de 100 mm). Las tejas o pizarras permeables al aire también usan una variante en el método de cálculo simplificado, con cierta posibilidad de si encajan o no directamente en los listones del techo principal.

Situación de los módulos fotovoltaicos en cubiertas planas.
Esto es un poco más complejo, dependiendo en parte de si son mecánicamente fijos o independientes. Ambos deberán resistir la elevación del viento, pero los módulos independientes también deberán resistir el deslizamiento. Las cargas de viento dependerán de la ubicación del módulo en el techo, si el techo tiene un parapeto y si la estructura de soporte PV está abierta o totalmente revestida. Los cálculos también deberán considerar dónde se encuentran los módulos en el techo, con diferentes coeficientes de presión neta aplicados para aquellos cerca del borde, en las esquinas o en el centro del techo. En techos planos, un cálculo clave puede ser determinar si existe un riesgo de vuelco. Para ello, la masa de la unidad y el lastre deben exceder la fuerza del viento (momento), que a su vez se ve afectada por el ángulo de inclinación del panel.

Nota 1: BS6399: Parte 2 (Código de práctica para la carga de vientos en estructuras de edificios) se retiró en marzo de 2010 y se reemplazó por BS EN 1991-1-4: 2005 Eurocódigo 1: Acciones en estructuras: Parte 1-4: Acciones de viento y de NA a BS EN 1991-1-4: 2005 - Anexo nacional del Reino Unido para el Eurocódigo 1. Acciones en estructuras. Acciones generales. Acciones del viento (septiembre 2008).

Nos gustaría agradecer a BRE y a los otros socios en el proyecto EurActive Roofer por su ayuda con esta página. La información proporcionada es solo orientativa y no debe utilizarse en lugar de los cálculos de ingeniería adecuados de acuerdo con las normas británicas pertinentes.

Esta información se basa en el trabajo realizado por el proyecto EurActive Roofer que se desarrolló entre 2005 y 2008 y fue apoyado por el programa de la Unión Europea para Acciones Horizontales con PYME.