En la actualidad, las formas más comunes de soportes fotovoltaicos en China son: soportes fijos, soportes de ángulo fijo y ajustable, soportes de seguimiento y soportes flexibles y flotantes, utilizados en escenarios especiales.

Aunque la cuota de mercado ha aumentado año tras año a medida que el desarrollo tecnológico de los soportes de seguimiento fijos y ajustables ha ido madurando gradualmente, la cuota de mercado de los soportes fijos sigue siendo tan elevada como del 70% al 80%, y continúa siendo el segmento dominante en el mercado de soportes fotovoltaicos. Este artículo se centra en la clasificación de los soportes fijos, los soportes fijos de ángulo ajustable y los soportes de seguimiento, y realiza un intercambio y una puesta en común preliminares sobre el diseño optimizado de los soportes fijos.

01, soporte fijo

Las figuras anteriores corresponden, respectivamente, a: el perfil de la estructura de soporte de doble columna y el perfil de la estructura de soporte de pila única.

En la actualidad, la tecnología más madura, de menor costo y más ampliamente utilizada es la instalación fija. Las formas estructurales comunes de la estructura fija incluyen el esquema del sistema de soporte de dos columnas y el esquema del sistema de soporte de una sola pila.

Todos adoptan un ángulo fijo, orientado exactamente hacia el sur; por lo general, se selecciona el ángulo de montaje fijo que maximiza la irradiación anual sobre la superficie del módulo. La ventaja es que la precisión de la cimentación es relativamente baja, la estructura es sencilla y el mantenimiento es menor; sin embargo, el sistema de montaje fijo presenta la menor producción de energía entre todos los tipos de sistemas de montaje.

02, soporte ajustable fijo

El soporte ajustable fijo es, en la actualidad, básicamente una estructura de columna única, clasificada según el tipo de ajuste, y los tipos más comunes son los siguientes.

Tipo 1: Ranura para tarjeta fija

El soporte fijo con ranura para tarjetas está equipado con una ranura para tarjetas; se ajusta el brazo móvil y la unión entre el brazo móvil y la viga. El componente horizontal corto también cuenta con una ranura para tarjetas y con la unión a la columna. La estructura fija de la ranura para tarjetas es relativamente sencilla, pero su ajuste requiere la intervención de varias personas durante el proceso de mediación, lo que resulta en una sincronización deficiente, una baja eficiencia de ajuste y una fácil oxidación de la unión entre la barra de soporte y la columna, lo que incrementa considerablemente los costos de mantenimiento posterior.

Tipo 2: tipo de viga de arco curvo

La estructura de viga en arco curvo es similar al soporte fijo. La viga en arco curvo se utiliza para sustituir la riostra diagonal del soporte fijo y se ubica sobre dicha viga. Aunque la viga en arco curvo también requiere ajustes por parte de varias personas, la rotación del soporte exige menos mano de obra, presenta una mayor eficiencia en el ajuste, cuenta con una estructura fiable y genera bajos costos de mantenimiento posterior.

Tipo 3: Tipo de conector

El tipo de gato es una estructura fija y ajustable compuesta por un gato como dispositivo de accionamiento y de parada. El soporte ajustable cuenta con interfaces de ajuste manual y eléctrico; la herramienta de ajuste es relativamente ligera, reutilizable y permite operaciones en ciclo, lo que reduce eficazmente la carga del personal y mejora la eficiencia del ajuste. Sin embargo, los dientes de tornillo ajustables quedan expuestos, lo que los hace vulnerables a la entrada de viento y arena, y el costo de mantenimiento posterior es más elevado.

03, soporte de seguimiento

El ángulo de elevación del sol en un mismo lugar varía continuamente a lo largo del día; por consiguiente, el ángulo de inclinación del campo fotovoltaico para captar la máxima radiación solar en cada momento también cambia de forma constante. La función del sistema de seguimiento consiste en emplear algoritmos para determinar la posición del sol en tiempo real y monitorizar el ángulo del motor mediante el codificador del motor, de modo que el panel permanezca siempre alineado con el sol y así maximizar la energía de radiación solar incidente. Bajo la premisa de garantizar la operación segura del soporte, se calcula en tiempo real el ángulo óptimo de generación de energía del módulo, en función de su rendimiento óptimo de generación, y los tipos más comunes son los siguientes.

Tipo 1: Soporte de seguimiento de un solo eje plano

El eje del soporte de seguimiento de un solo eje plano se orienta en dirección norte-sur, y el conjunto gira de este a oeste para seguir el azimut solar. Presenta las ventajas de no exigir una precisión de cimentación superior a la del soporte fijo, de un bajo costo de construcción civil, de la posibilidad de prescindir de cimentaciones por pilotes, de un soporte multipunto, de una alta resistencia al viento, de un bajo costo estructural, de un bajo costo por kWh, de un alto rendimiento y de una buena relación calidad-precio.

Tipo 2: Soporte de seguimiento de un solo eje inclinado

El eje del soporte de seguimiento de un solo eje inclinado se orienta en dirección norte-sur, con el extremo norte más elevado y el extremo sur más bajo, lo que favorece la captación de radiación solar en mayor medida que un soporte de un solo eje plano. Este tipo de soporte presenta las ventajas de no requerir una precisión superior a la del soporte fijo, de contar con bajos costos de construcción civil y de ser más adecuado para zonas de alta latitud, entre otras. Sin embargo, también presenta desventajas, como una mayor sensibilidad a la resistencia al viento, una gran huella ocupada, un precio elevado y un rendimiento y una relación costo-beneficio reducidos en la aplicación en grandes plantas terrestres.

Tipo 3: Soporte de seguimiento de dos ejes

El sistema de seguimiento de dos ejes puede rastrear el azimut y la altitud del sol y seguirlo con precisión en tiempo real. La ventaja es que, entre todos los tipos de soportes, el sistema de doble eje ofrece la mayor generación de energía, superior en un 25% a un 35% respecto a la de los soportes fijos; las desventajas son su elevado precio, la importante inversión inicial, la gran ocupación del terreno (aproximadamente el doble que la de los soportes fijos), los altos costos de mantenimiento en la etapa posterior y una relación calidad-precio baja en aplicaciones en grandes instalaciones terrestres.

04, optimización del diseño de la brida fija

La cantidad de acero utilizada en el soporte tiene un gran impacto en el costo del proyecto, por lo que es necesario optimizar el diseño para reducir dicho costo. Se estudia el soporte fijo, se controla únicamente la variable de interés y, una vez obtenida la propuesta de diseño, se comparan y analizan las cantidades totales de acero empleadas. Las tres variables clave incluyen la comparación de estructuras de soportes equidistantes con distintas separaciones, la comparación de estructuras de soportes de distancias desiguales y la comparación entre estructuras de soportes grandes y pequeñas.

La comparación del tamaño de la estructura de soporte, es decir, la comparación de la cantidad de acero utilizada en el esquema de diseño para diferentes luces y números de componentes bajo las mismas condiciones de carga de diseño, se convierte en un número idéntico de componentes.

Distribución de soportes del conjunto de soporte pequeño con espaciado desigual

La comparación de las distintas separaciones de la estructura de soporte equidistante, es decir, la comparación de la cantidad de acero utilizada en el esquema de diseño para diferentes separaciones de soporte bajo las mismas condiciones de carga de diseño.

Conclusión de la optimización del diseño:

1. A medida que aumenta la distancia entre las pilas norte y sur del soporte, se incrementa la sección de las correas y, en consecuencia, también aumenta la cantidad de acero utilizada en el sistema de soporte. Por lo tanto, desde el punto de vista del volumen de obra de la estructura de acero, conviene optar por una sección transversal reducida de las correas, es decir, por un menor espaciamiento entre los apoyos.

2. Si las condiciones lo permiten, optar por una luz de separación desigual puede reducir el momento flector de la correa, disminuyendo así la cantidad de acero necesaria para la correa.

3. La cantidad de acero utilizada para el tamaño del soporte es similar, ya que la sección de la correa no ha cambiado, por lo que la cantidad de acero empleada también es más cercana.

05. Resumen

Se han utilizado diversos tipos de estructuras de soporte en proyectos prácticos dirigidos por empresas de diseño, lo que ha mejorado de manera eficaz la generación de energía de los módulos fotovoltaicos. Asimismo, mediante el diseño y la optimización del sistema de soporte, se reduce de forma efectiva la cantidad de acero utilizada en el mismo, logrando así el objetivo de reducir costos y aumentar la eficiencia.

La generación de energía fotovoltaica se ha convertido en la principal fuerza dentro del sector de las energías nuevas; con el rápido desarrollo de la tecnología fotovoltaica, que es segura y fiable y permite reducir costos y aumentar la eficiencia, los sistemas de soporte también se actualizan e iteran de manera continua. Al mismo tiempo, mientras se aprenden y se exploran activamente nuevos tipos de estructuras de soporte, es necesario llevar a cabo una comparación y un análisis científicos específicos para cada proyecto, en función de su situación real, y, sobre la base de garantizar la economía y la seguridad del proyecto, seleccionar y optimizar el tipo de soporte más adecuado para dicho proyecto.

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