Vibrazioni del vento e fotovoltaico: un rischio da considerare
Le vibrazioni prodotte dal vento possono rappresentare una seria minaccia per i pannelli fotovoltaici, provocando microfratture, malfunzionamenti meccanici e, nei casi più gravi, persino il collasso del sistema.Un recente studio internazionale condotto da esperti di Emirati Arabi Uniti e Singapore ha esaminato questo fenomeno,svelando nuove soluzioni per potenziare la resistenza dei moduli solari.
Perché i pannelli fotovoltaici di grandi dimensioni sono maggiormente vulnerabili?
con il crescente utilizzo di moduli solari di dimensioni considerevoli,le vibrazioni indotte dal vento costituiscono una sfida sempre più rilevante.Secondo la ricerca, le frequenze torsionali primarie del sistema di tracking, che oscillano tra 4 Hz e 5 Hz, possono scatenare movimenti dannosi per la struttura dei pannelli. Come sottolinea Sagarika Kumar, principale autrice dello studio, questi movimenti possono generare microcrack, disallineamenti e, nei casi più estremi, compromettere l’integrità del sistema.
In aggiunta, gli attuali standard di certificazione per i pannelli fotovoltaici si rivelano insufficienti per affrontare le nuove sfide ambientali.Ad esempio, lo standard IEC 61215-2 prevede test di carico statico e dinamico, ma non è in grado di riprodurre le condizioni estreme che possono verificarsi in situazioni meteorologiche critiche, come durante un uragano.
Un approccio innovativo in due fasi
per affrontare le sollecitazioni meccaniche causate dal vento, il team di ricerca ha elaborato un piano in due fasi. La prima fase ha riguardato l’analisi dei sistemi fotovoltaici, comprese simulazioni di carichi statici e dinamici in diverse condizioni di vento, modellazione delle vibrazioni generate dal flusso d’aria e analisi modale.La seconda fase ha approfondito aspetti fluidodinamici tramite test in galleria del vento, simulazioni CFD (computational Fluid Dynamics) e analisi di dati storici sui venti.
I risultati dei test hanno dimostrato che una velocità del vento di 10 m/s a livello del suolo (corrispondente a un uragano di categoria 1) si traduce in circa 33 m/s a livello del tracker. Questo provoca uno spostamento del modulo di circa 5,1 cm sul retro. Se non affrontata, questa deformazione può compromettere seriamente la stabilità dell’intero sistema.
Nuovi protocolli di test: un passo avanti
Per simulare meglio le condizioni reali delle sollecitazioni, il team di ricerca ha sviluppato nuovi protocolli di test, tra cui:
- Test di vibrazione a frequenza media, eseguiti per 8 ore in conformità agli standard IEC 60068-1 e 60068-2-6, con il modulo montato in configurazioni critiche (ad esempio, con il 60% di sbalzo).
- Cicli termici integrati per replicare la fatica termomeccanica e gli effetti combinati di temperatura e umidità.
- Test di carico dinamico, capaci di imitare torsioni e vibrazioni dovute al vento con pressioni fino a 1000 Pa, il doppio rispetto a quanto previsto dalle simulazioni standard, per accelerare le condizioni di stress tipiche di un uragano.
Questi protocolli introducono variabili asimmetriche e torsionali, frequentemente ignorate dai test tradizionali, rappresentando un notevole passo in avanti.
il team, composto da scienziati del renewable and Enduring Energy Research Center di Abu Dhabi e del Solar Energy Research Institute di Singapore (SERIS), auspica che i risultati possano essere adottati nei futuri standard internazionali definiti dall’International Electrotechnical Commission (IEC).
I risultati dello studio sono stati documentati nell’articolo intitolato Testing of Wind-induced Vibrations on Solar Photovoltaic Modules.