Introducción

La estructura de montaje solar es fundamental para cualquier proyecto fotovoltaico (FV). Soporta los módulos solares, transfiere las cargas de forma segura al tejado o al suelo y garantiza el funcionamiento fiable del sistema durante 25-30 años. Elegir la estructura adecuada no se limita a seleccionar rieles y soportes, sino que requiere un cálculo preciso basado en las condiciones del emplazamiento, las especificaciones de los módulos, las cargas ambientales y las normas de ingeniería.

Un sistema de montaje mal diseñado puede ocasionar costes excesivos de material, problemas de instalación e incluso fallos estructurales ante vientos fuertes, nevadas o sismos. Esta guía explica los pasos clave que siguen los ingenieros para calcular la estructura de montaje solar adecuada para un proyecto fotovoltaico.

1. Comprender las cargas principales sobre una estructura de montaje solar.

El primer paso es identificar todas las fuerzas que actúan sobre la Sistema de montaje fotovoltaico.

1.1 Carga muerta (carga permanente)

La carga muerta es el peso de todos los componentes fijos, incluyendo:

· Paneles solares

· Rieles de aluminio

· Abrazaderas

· Pernos y sujetadores

· Soportes de montaje

· Lastre (para algunos sistemas de techo plano)

La estructura debe soportar este peso de forma segura durante toda la vida útil del proyecto.

Fórmula básica:

Carga muerta = Peso del módulo + Peso del sistema de montaje + Peso del equipo adicional

Ejemplo:

Un módulo fotovoltaico pesa 25 kg y tiene una superficie de 2,2 m²:

\[ 25 kg ÷ 2,2 m² = 11,4 kg/m² \]

Luego, hay que añadir el peso de los rieles, las abrazaderas y demás componentes.

2. Calcular la carga de viento

La carga de viento suele ser el factor más crítico en el diseño de montaje solar, especialmente para sistemas de techo, soportes terrestres y marquesinas solares. El viento crea presiones y fuerzas de elevación que pueden separar los módulos y las estructuras de sus cimientos.

Fórmula básica de la presión del viento

\[ P = 0,5 \times \rho \times V^2 \]

Dónde:

· P = presión del viento (Pa)

· ρ = densidad del aire (aproximadamente 1,225 kg/m³)

· V = velocidad del viento de diseño (m/s)

Ejemplo:

Para una velocidad del viento de 40 m/s:

\[ P=0,5 \times 1,225 \times 40^2 \]\[ P≈980Pa \]

La carga de diseño real también debe tener en cuenta:

· Dirección del viento

· Ángulo de inclinación del panel

· Altura del edificio

· Categoría de terreno

· Efectos de borde de matriz

· Códigos de diseño locales

La presión del viento suele ser mayor en los bordes y las esquinas de los paneles fotovoltaicos porque el flujo de aire crea fuerzas de succión más fuertes en estas zonas.

3. Calcular la carga de nieve (si corresponde)

En proyectos ubicados en climas fríos, la carga de nieve puede convertirse en el factor determinante del diseño.

La carga de nieve depende de:

· carga de nieve en el suelo

· Ángulo de inclinación del techo o del panel

· Densidad de la nieve

· Condiciones de ventisca

Fórmula básica:

\[ Carga de nieve = Carga de nieve en el suelo × Factor de forma \]

Por ejemplo:

Si la carga de nieve local en el suelo es:

1,5 kN/m²

y el factor de forma del panel es:

0,8

Entonces:

\[ 1,5 \times 0,8 = 1,2 kN/m² \]

La acumulación de nieve suele ser mayor en sistemas fotovoltaicos de bajo ángulo, mientras que los módulos con mayor pendiente pueden desprender la nieve con mayor facilidad.

4. Determinar la disposición de los módulos solares.

La estructura de montaje depende en gran medida del diseño del conjunto fotovoltaico.

Los parámetros importantes incluyen:

Información del módulo

· Longitud

· Ancho

· Espesor

· Peso

· Tipo de marco

· Posición de sujeción

Diseño de matriz

· Número de módulos por fila

· Número de filas

· espaciado entre filas

· Ángulo de inclinación

· Orientación (vertical u horizontal)

Ejemplo:

Un proyecto de 1 MW instalado en tierra puede requerir miles de módulos. Pequeñas variaciones en la distancia entre rieles o pilotes pueden afectar significativamente el consumo de acero y los costos de instalación.

5. Seleccione los componentes estructurales correctos.

Tras calcular las cargas, los ingenieros seleccionan los componentes adecuados.

Rieles de aluminio

Controlar:

· Resistencia a la flexión

· Desviación

· Longitud del tramo

· Grado del material

Los tramos más largos requieren rieles más resistentes o una menor separación entre los soportes.

Abrazaderas

Las abrazaderas deben resistir:

· Peso del módulo

· fuerzas de elevación del viento

· Expansión térmica

· Esfuerzo mecánico

La posición de la abrazadera debe coincidir con los requisitos del fabricante del módulo.

Postes y Fundaciones

Para sistemas instalados en el suelo:

Los ingenieros calculan:

· Compresión axial

· Fuerza de extracción

· momento flector

· Resistencia al suelo

La elección de la base de maquillaje depende de:

· Tipo de suelo

· Velocidad del viento

· Altura de la matriz

· Condiciones del terreno

Tipos de bases comunes:

· Pilotes hincados

· Tornillos de tierra

· Cimientos de hormigón

6. Aplicar factores de seguridad y normas de diseño.

Las estructuras de montaje de los paneles solares deben cumplir con las normas de ingeniería locales.

Los estándares comunes incluyen:

· ASCE 7 (Estados Unidos)

· Eurocódigo

· Normas AS/NZS

· Normas GB (China)

El cálculo normalmente incluye:

· Combinaciones de carga

· Factores de seguridad del material

· comprobaciones de la intensidad de la conexión

· Límites de deflexión

Por ejemplo, el viento, la nieve y las cargas muertas se combinan según el código estructural aplicable, en lugar de simplemente sumarse.

7. Ejemplo: Cálculo sencillo para montaje en tierra

Asumir:

· Tamaño del módulo: 2,2 m²

· Peso del módulo: 25 kg

· Velocidad del viento: 40 m/s

· Ángulo de inclinación: 25°

· Carga de nieve: 0,8 kN/m²

Paso 1: Calcular la carga muerta

Panel:

\[ 25 kg ÷ 2,2 m² = 11,4 kg/m² \]

Agregar estructura de montaje:

\[ 11,4+4=15,4kg/m² \]

Paso 2: Calcular la presión del viento

\[ P=0,5×1,225×40^2 \]\[ P≈980Pa \]

Aplique coeficientes aerodinámicos en función de la posición del conjunto.

Paso 3: Seleccionar la estructura

En función de las cargas finales:

· Elija el tamaño del riel

· Determinar la distancia entre las abrazaderas

· Calcular la profundidad del pilote

· Verifique la resistencia del perno

El diseño final deberá superar los cálculos estructurales antes de la construcción.

8. Errores comunes al elegir estructuras de montaje solar

Error 1: Utilizar un diseño estándar en todas partes

Una estructura diseñada para una zona de vientos suaves puede fallar en una región costera o afectada por huracanes.

Solución: Utilice siempre datos de viento y nieve específicos del proyecto.

Error 2: Ignorar las zonas de borde

Las primeras y las últimas filas experimentan mayores fuerzas del viento.

Solución: Refuerce las zonas de los bordes o ajuste el espaciado.

Error 3: Sobredimensionar la estructura

El exceso de acero incrementa el coste del proyecto.

Solución: Optimizar:

· espaciado de rieles

· Espesor del material

· Diseño de cimientos

Error 4: Elegir basándose únicamente en el precio.

Un sistema de montaje más económico puede utilizar:

· Aluminio más delgado

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