Con la rápida expansión de la economía verde de nuestro país, la generación de energía fotovoltaica mediante silicio monocristalino/policristalino y la tecnología BIPV de película delgada están alcanzando su madurez. Las estructuras de acero presentan ventajas significativas sobre otros tipos de estructuras en cuanto a funcionalidad, diseño, construcción y coste total. Por consiguiente, resulta fundamental desarrollar y fabricar un nuevo sistema de montaje fotovoltaico con estructura de acero que sustituya al actual sistema de montaje con perfiles angulares.
1. Tipo de soporte solar de acero
En la selección del acero, debido a las características de su estructura simple y al pequeño volumen que ocupa el soporte para paneles solares fotovoltaicos, se utilizan actualmente aceros estructurales ligeros y aceros estructurales ordinarios de sección pequeña.
Acero estructural ligero: Este término se refiere a acero redondo, acero angular pequeño y acero de pared delgada. Cuando el acero angular se utiliza como elemento de soporte, se aprovecha eficazmente su resistencia y resulta útil para la instalación general de la estructura. Actualmente, la normativa nacional sobre acero angular para soportes solares presenta pocas opciones, por lo que se necesitan modelos adicionales de acero angular pequeño para adaptarse al rápido desarrollo actual de la industria de la energía solar. Las correas de acero de pared delgada suelen estar hechas de placas de acero de pared delgada de 1,5 a 5 mm de espesor, conformadas o laminadas en frío para obtener productos de acero de pared delgada con secciones transversales y diámetros variables.
En comparación con el acero de sección laminado en caliente, el radio de rotación del acero de sección de pared delgada puede aumentar entre un 50 y un 60 %, y el momento de inercia y el momento resistente de la sección pueden aumentar entre 0,5 y 3 veces, pero debido a que el acero de pared delgada se procesa principalmente en la fábrica, es necesario perforar agujeros de alta precisión y después de los agujeros para los tornillos de los paneles fotovoltaicos. Debido a que la sección de acero es pequeña, las herramientas son difíciles de trabajar y la construcción es más difícil después del procesamiento de fábrica del botón de perforación, puede galvanizarse en caliente para protegerlo contra el óxido, transportarlo a la instalación en el sitio. Actualmente, la mayoría de los paneles domésticos no se pueden acoplar directamente a la instalación de acero de pared delgada y deben fijarse a otra estructura auxiliar fija (como un bloque de presión).
Los sistemas fotovoltaicos de uso frecuente suelen incluir perfiles de tipo I, H y L, así como diversas necesidades de diseño. Generalmente se construyen con acero estructural al carbono o acero de baja aleación, lo que facilita su fabricación y reduce los costos. Los métodos de procesamiento también son diversos: se eligen secciones de acero soldadas con diferentes espesores de chapa, según los requisitos de diseño. En la fábrica, el acero se procesa mediante soldadura, lo que permite calcular las fuerzas que actúan sobre las diferentes partes estructurales del proyecto fotovoltaico. Además, se pueden utilizar chapas de acero de diferentes espesores en distintas partes, lo que resulta más adecuado que el uso de chapas de acero laminadas en caliente de una sola pieza.
2. Requisitos de rendimiento del material de acero para soporte de energía solar: el material de acero de la estructura de acero para energía solar deberá tener el siguiente rendimiento:
1) Resistencia a la tracción y límite elástico. Un límite elástico elevado puede disminuir la sección de los elementos de acero, reducir el peso de la construcción, ahorrar acero y disminuir los costos totales del proyecto. Una alta resistencia a la tracción puede aumentar la reserva de seguridad general de una estructura y mejorar su fiabilidad.
2). Tenacidad y resistencia a la fatiga. Una buena plasticidad puede provocar que la estructura se deforme significativamente antes de la falla, lo que permite al personal identificar e implementar acciones correctivas a tiempo. Una buena plasticidad también puede utilizarse para ajustar la tensión máxima local, el ángulo de instalación de los paneles solares, el uso de la instalación forzada y la plasticidad de la estructura para producir una redistribución de la fuerza interna, de modo que la estructura o algunos componentes de la concentración de tensión original de la distribución de la tensión de la estructura tienda a ser uniforme, y mejore la capacidad de carga general de la estructura. Una mayor tenacidad permite que la estructura absorba más energía cuando se destruye por una carga de impacto, lo cual es especialmente importante para las centrales eléctricas en desiertos y las centrales eléctricas en azoteas expuestas a fuertes vientos. Una mayor resistencia a la fatiga también puede hacer que la estructura sea más resistente a las variaciones en la capacidad de soportar cargas de viento repetidas.
3). La velocidad de procesamiento. La trabajabilidad en frío, la trabajabilidad en caliente y la soldabilidad son ejemplos de buena trabajabilidad. El aluminio utilizado en las estructuras de acero fotovoltaico no solo debe poder mecanizarse fácilmente para formar diversas estructuras y componentes, sino que también debe mecanizarse de forma que no se vean comprometidas su resistencia, plasticidad, tenacidad y resistencia a la fatiga.
4) Duración del servicio. Dado que la vida útil de un sistema fotovoltaico supera los 20 años, una buena resistencia a la corrosión es un indicador importante de la calidad del sistema de montaje. Si la vida útil del soporte es demasiado corta, se verá afectada la estabilidad general de la estructura, lo que prolongará el período de amortización y reducirá el beneficio económico total del proyecto.
5). De acuerdo con las condiciones anteriores, el acero para estructuras solares debe ser fácil de comprar, fabricar y vender.
3. Evaluación técnica de soportes estructurales de acero para energía solar de nueva generación
El uso de soportes de acero angular para energía solar está sujeto actualmente a cada vez más condiciones, siendo la razón más importante la calidad irregular del acero en la actualidad, la instalación requiere una gran cantidad de perforaciones en el sitio, pero después de perforar el acero se oxida fácilmente, por lo que se requiere un nuevo tipo de soporte para reemplazar estos soportes de acero angular con el fin de ralentizar la corrosión y prolongar la vida útil.
La estructura principal del nuevo soporte de energía solar es la siguiente:
1). Un sistema de estructuras de soporte de acero de paredes delgadas conformadas en frío con formas especiales. El acero de paredes delgadas conformadas en frío con formas especiales es un sistema estructural de acero ligero que se puede fabricar en lotes, construir rápidamente y poner en funcionamiento de inmediato. El soporte de la estructura de acero de un sistema de estructura de acero de paredes delgadas conformadas en frío con formas especiales es un tipo de marco de estructura de acero hecho de acero de paredes delgadas conformadas en frío prefabricado que se atornilla en el lugar de trabajo.
2). Sistema de montaje monolítico de acero fabricado en fábrica. La estructura de acero prefabricada con correas se puede construir y fijar en obra antes de combinarla con los paneles para formar el conjunto fotovoltaico completo. Los requisitos de instalación de este soporte de estructura de acero son exigentes, el acero utilizado es de la más alta calidad, el proceso de tratamiento superficial es óptimo y se requiere una comunicación temprana con los fabricantes de componentes fotovoltaicos para garantizar un montaje exitoso.
3). Sistema de estructura de soporte para muro cortina fotovoltaico con pórtico de vigas y columnas. Es apropiado utilizar una solución de montaje de estructura de acero con pórtico de vigas y columnas para muros cortina fotovoltaicos. Debido a su baja rigidez lateral, cuando la altura de la estructura o del piso es elevada, se deben colocar arriostramientos laterales para formar la estructura de soporte. La estructura de acero y los elementos empotrados de hormigón in situ se utilizan frecuentemente para producir una estructura híbrida en el diseño de muros cortina fotovoltaicos de gran altura, lo que puede mejorar la capacidad antilateral de toda la estructura, reduciendo la cantidad de acero necesaria y, por lo tanto, disminuyendo el costo total.
4. Instalación de nuevos componentes de soporte solar de pared delgada conformados en frío:
1). El innovador soporte de pared delgada conformado en frío para paneles solares, diseñado para elementos de estructuras de acero, se fabrica en la planta utilizando diversos conectores mixtos de acero y plástico. Existen varias variedades de estos conectores que se adaptan a diferentes condiciones de instalación.
2). El nuevo soporte de energía solar de pared delgada conformado en frío es más ligero y tiene más orificios de montaje. En general, la cimentación independiente es la principal, y se añade la viga de conexión de hormigón armado según sea necesario. Se pueden emplear cimentaciones corridas o cimentaciones cruzadas en lugares con condiciones geológicas desfavorables, pero se deben evitar las cimentaciones de losa en la medida de lo posible. Las bases de las columnas superiores son todas articuladas, mientras que los componentes empotrados son bases de columnas insertadas o pernos empotrados revestidos de hormigón impermeable. Ambos tipos son fáciles de procesar, fáciles de construir y están bien conectados.
