ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA I Módulo Estructuras

 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA I Módulo Estructuras ESTUDIO DE CARGAS SOBRE CUBIERTA FOTOVOLTAICA Ejemplo: Ubicación en zona 1 según el mapa de vientos y zona urbana Altura de la cubierta: 15 m Dimensiones panel: 1,575 x 0,826 m Peso panel: 18 kg Cubierta plana Ángulo de inclinación de las estructuras: 25º Configuración: 1 panel en vertical (“Portarretrato”) ACCIONES EN LA ESTRUCTURA ACCIONES DEL VIENTO SOBRE LOS MÓDULOS SOLARES Según el Código Técnico de la Edificación, en el Documento Básico SE‐AE Seguridad Estructural Acciones en la edificación, para las acciones del viento sobre la estructura de una instalación fotovoltaica se puede estimar dicho cálculo como se muestra a continuación. La acción del viento, en general una fuerza perpendicular a la superficie de cada punto expuesto, o presión estática, qe puede expresarse como: qe = q b · c e · c p
Siendo: qb la presión dinámica del viento. ce el coeficiente de exposición. cp el coeficiente eólico o de presión exterior. Presión dinámica del viento El valor de la presión dinámica del viento puede obtenerse con la expresión: qb = 0,5 · δ · v2b
Considerando como densidad del aire δ = 1,25 kg/m3. El valor básico de la velocidad del viento vb en cada localidad puede obtenerse del mapa de la figura siguiente. El de la presión dinámica es, respectivamente de 0,42 kN/m2, 0,45 kN/m2 y 0,52 kN/m2 para las zonas A, B y C de dicho mapa. El cálculo para la zona A es: qb = 0,5 · δ · v2b = 0,5 · 1,25 · 26 = 0,4225 kN/m2
Coeficiente de exposición El valor del coeficiente de exposición depende del entorno (efecto por tanto más local que el de la presión dinámica del viento) y puede obtenerse mediante con la expresión: ce = F · (F + 7 k)
Siendo F a su vez el grado de aspereza del entorno, que se puede calcular mediante: F = k ln (max (z,Z)/L) Siendo z la altura del emplazamiento, en nuestro caso 15 m. Y siendo k, L y Z parámetros característicos de cada tipo de entorno, según tabla siguiente. Max (z,Z) = Max (15,5) = 15 = z F = 0,22 · ln (15/0,3) = 0,86064 ce = 0,86064 · (0,86064 + 7·0,22) = 1,1407 Coeficiente eólico o de presión exterior. El viento produce sobre cada elemento superficial de una construcción una sobrecarga unitaria p (kg/m²) en la dirección de su normal, positiva (presión) o negativa (succión), de valor dado por la expresión: p = cp qb siendo qb la presión dinámica del viento (ya calculada) y cp el coeficiente eólico, positivo para presión, o negativo para succión, que depende de la configuración de la construcción, de la posición del elemento y el ángulo a de incidencia del viento en la superficie. Para elementos con área de influencia entre 1 m2 y 10 m2, el coeficiente de presión exterior se puede obtener mediante la tabla siguiente. A, B y C indican las diferentes zonas de influencia de la superficie. La zona C es la más desprotegida, por tanto la hipótesis más conservadora es tomar este valor como válido para el conjunto de la cubierta a estudiar. Considerando la estructura de módulos fotovoltaicos como una marquesina, y según el caso más conservador de la tabla anterior, obtenemos un coeficiente eólico de ‐2’8. Por tanto ya podemos obtener la acción global del viento o presión estática mediante la expresión qe = q b · c e · c p
Donde qe = 0,4225 x 1,1407 x 2,8 = 1,35 KN/m2=137,66 Kg/m2
De estos coeficientes obtenemos las sobrecargas producidas por el viento en los paneles. FUERZAS SOPORTADAS POR LOS PERFILES DE LA ESTRUCTURA: Las fuerzas soportadas por los perfiles dependen de a su vez de la acción del viento sobre los paneles, y la longitud de los perfiles mediante la expresión: F = qe · l Suponiendo estructuras de un único panel en vertical de longitud l = 1,575 m tenemos: F = 137,66 Kg/m2 x 1,575 m = 216,81 Kg/ml.
MODELIZACION DE ACCIONES. ACCIONES DE SOBRECARGA DE LOS MODULOS SOLARES SOBRE LA CUBIERTA. Calcularemos el peso de los paneles y la estructura que recae en un recinto de 3 metros x 1,7 metros; es decir, un rectángulo de 5,1 m2. La estructura y los paneles solares que recaen en este recinto son los siguientes; * Cada panel tiene un peso de 18 kg y una anchura de 826 mm. 18 kg/0,826m = 21,79 kg/ml. En dicho recinto habrá 2 paneles instalados. * Se considera el peso que origina la propia estructura de la siguiente manera -
Perfiles de aluminio natural. LF 40.3 ‐‐‐> 270 kg/m3. Longitud del perfil= 4 x 0,826 + 2 x 1,575 =6,45 m (podemos despreciar la distancia de separación entre paneles) Longitud del lado del perfil = 4 cm = 0,04 m. Espesor = 3 mm = 0,003 m. Volumen Total = 6,45 x (0,04 x 2) x 0,003= 0,001548 m3. Peso Total = 270 kg/m3 x 0,001548 m3 = 0,42 kg, que es muy inferior al peso de los 2 paneles = 2 x 18 = 36 kg Por tanto en dicha superficie de 5,1 m2 habrá un peso de 36,42 kg y una densidad de 36,42 / 5,1 = 7,14 kg/m2. Podríamos considerar también el peso de la chapa, o el material del que esté realizada la cubierta, aunque correspondería a un estudio ajeno al conjunto estructura + paneles solares sobre ésta.