Integridad estructural de flotadores para paneles solares fotovoltaicos

Abstract

La energía es una de las fuentes primordiales para el desarrollo de cualquier país. La prosperidad económica mundial y el rápido crecimiento demográfico ejercen una gran presión sobre el suministro energético. En medio de este panorama recientemente han surgido los sistemas flotantes de generación fotovoltaica los cuales crecen a un ritmo elevado cada año. Con este gran nicho de mercado la empresa española ISIGENERE ha desarrollado un sistema de gran éxito, basado en el uso de HDPE como material principal. Como parte del proceso de mejora del sistema se desarrolla el proyecto SOLETAQUA, donde se encuentra enmarcado el presente trabajo. La Universidad de Cantabria a través del LADICIM hace parte de este proyecto de mejora del sistema mediante la evaluación de integridad estructural de sus componentes. Dentro de este trabajo se evalúan los posibles cambios que produce la adición de corcho al HDPE en proporciones en peso del 25, 40 y 50%, así como las posibles causas y soluciones a fallos encontrados en los flotadores durante la etapa de servicio. Se concluye que la adición de corcho no produce cambios muy significativos en las propiedades resistentes de los componentes, con lo cual se pueden generar nuevos ecomateriales eficientes con estas mezclas. Igualmente se identifican tres tipos de fisuras generadas por mecanismos de fallo de agrietamiento inducido por fragilización debida al ambiente. Mediante la realización de ensayos de envejecimiento acelerado del material y sobreapriete de las uniones del sistema, se logran reproducir con bastante similitud los mecanismos de fallo identificados en la etapa de servicio del sistema. Como soluciones se propone un mayor control del apriete de las uniones en el proceso de montaje, modificaciones en la geometría de algunos componentes, el uso de materiales más compatibles en cuanto a sus características mecánicas en los diferentes componentes y el uso de materiales y aditivos que generen piezas más resistentes a los agentes ambientales.

Energy is one of the primary drivers of development in any country. Global economic growth and the rapid increase in population are placing significant pressure on energy supply. Against this backdrop, floating photovoltaic systems have recently emerged as a rapidly expanding technology. In this growing market, the Spanish company ISIGENERE has developed a highly successful system that primarily use HDPE (high-density polyethylene) as the main material. As part of ongoing efforts to improve this system, the SOLETAQUA project was launched, within which the present study is found. The University of Cantabria, through its LADICIM research laboratory, contributes to this project by assessing the structural integrity of the system's components. This research assesses the effects of adding cork to HDPE in weight ratios of 25%, 40%, and 50%, as well as identifying potential causes and solutions for failures observed in the floaters during their service life. The findings indicate that incorporating cork in these proportions does not significantly impact the strength properties of the materials, thereby allowing for the development of new and efficient eco-materials using these mixtures. Furthermore, three types of cracks were identified, generated by failure mechanisms of environmentally induced embritlement cracking. An over-tightening of the system joints was performed, along with an accelerated aging process of the material using high-temperature tests. These tests successfully replicated the failure mechanisms identified during the service life of the system. To address these issues, it is proposed to implement rigorous control of joint tightening during assembly process, modifications to the geometry of certain components, using materials with compatible mechanical properties across different components, and selecting materials and additives that can lead to more resistant components to environmental conditions.