Análisis de las cargas de viento en paneles solares instalados en cubiertas de edificios: un análisis preliminar con herramientas computacionales

Abstract

El daño provocado por el efecto del viento sobre paneles solares es uno de los principales problemas que enfrenta el diseño y la operación de estas estructuras. La utilización de paneles solares para la producción de energía en edificaciones de baja y mediana altura se ha incrementado exponencialmente en los últimos años a escala mundial. En Cuba, a partir de la política de desarrollo de las Fuentes Renovable de Energía, se comienza el uso intensivo de paneles solares en este tipo de edificaciones. Las investigaciones recientes y las normas internacionales sobre este tipo de fuente de energía y en esta tipología de viviendas, evidencian un insuficiente análisis de las cargas reales que ocurren sobre las cubiertas. Por este motivo, como parte de las investigaciones del Centro de Estudios de Diseño y Manufactura Asistido por Computadoras (CAD-CAM) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Holguín, se realiza un estudio de la influencia de las cargas de viento sobre paneles solares acoplados en cubiertas de edificios mediante el uso de la Dinámica de Fluido Computacional. Se diseñó un modelo geométrico de los paneles solares basado en modelos reales, mediante el software SolidWorks. Para la realización del estudio de flujo se tomaron en cuenta dos velocidades del viento para dos instantes de tiempo, la velocidad máxima y la velocidad mínima. Además, se tomó en cuenta la disposición de los paneles sobre el edificio y el ángulo de inclinación de estos para realizar el estudio. Los análisis demostraron la efectividad de este tipo de estudio por el método de los elementos finitos.

Damage caused by the effect of wind on solar panels is one of the main problems facing the design and operation of these structures. The use of solar panels for energy production in low and medium height buildings has increased exponentially in recent years worldwide. In Cuba, based on the development policy of Renewable Energy Sources, the intensive use of solar panels begins in this type of buildings. Recent research and international standards on this type of energy source and in this type of dwellings, show insufficient analysis of the real loads that occur on the roofs. For this reason, as part of the investigations of the Computer Aided and Computer Aided Manufacturing Studies Center (CAD/CAM) of the Faculty of Engineering at the University of Holguín, a study of the influence of wind loads on solar panels coupled on building roofs is carried out by using Computational Fluid Dynamics. A geometric model of the solar panels based on real models was designed using SolidWorks software. To carry out the flow study, two wind speeds were taken into account for two instants of time, the maximum speed and the minimum speed. In addition, the arrangement of the panels on the building and the angle of inclination of these were taken into account to carry out the study. The analyzes demonstrated the effectiveness of this type of study using the finite element method.