El proyecto “Zonnepark Kerkrade” consistió en la fabricación y puesta en marcha de una instalación solar fotovoltaica, situada en Kerkrade, cuyo objetivo era el de proporcionar energía “limpia” a la red eléctrica holandesa. Una vez finalizado el proyecto, se comprobó que la instalación fotovoltaica era capaz de producir la suficiente energía como para cubrir el consumo anual de 4.000 hogares promedio.
Dentro de este proyecto, Praxia Energy fue la encargada de realizar el diseño, ingeniería, fabricación y montaje de la estructura que soporta los paneles solares fotovoltaicos.
El cliente
“Utility”, alemana de referencia con 120 años de experiencia en el sector energético y líder mundial en el suministro de renovables, cuenta con un grupo de instalaciones relacionadas con la producción de energía -aerogeneradores, centrales eléctricas de gas y carbón, minas de lignito, centrales hidráulicas, etc.- en diferentes países a lo largo de todo el mundo, aunque su principal mercado es Europa.
Datos de partida
El proyecto se encuentra situado en la parte sur oriental de los Países Bajos junto a la frontera con Alemania, más concretamente en Kerkrade, provincia de Limburg.
En la imagen satélite, previa a la construcción del parque fotovoltaico -ver figura 4-, podemos observar en amarillo el lugar donde se ubica la instalación. Por otro lado, en color verde se muestra la estación transformadora “Terwinselen” donde se realiza la conexión a la red eléctrica.
Por último, una línea azul representa el recorrido del cableado para establecer conexión eléctrica entre ambos puntos.
Detalles de la ubicación:
- La superficie de 12,6 hectáreas está dividida en dos parcelas: norte y sur, que se encuentran divididas por la carretera pública “Gulperweg” -desde donde se accede a ambas parcelas-.
- Hay un gasoducto situado cerca de la frontera norte -ver figura 5-.
- Hay una carretera utilizada para labores de mantenimiento de la autopista N299 a lo largo de la frontera sureste -ver figura 6-.
- A lo largo de la frontera suroeste se encuentra la autopista N283 -ver figura 7-.
- Cimientos de dos molinos de viento en las esquinas noroeste y suroeste -ver figura 8-.
Estructura de suelo, fija, con orientación horizontal, mesa de 6 filas y 13 columnas y 0,70 m de altura mínima.
La estructura de este proyecto tiene una inclinación de 8º, bastante inferior a lo que sería habitual.
Disminuir la inclinación de la estructura provoca una reducción de la proyección de sombra de una fila de paneles sobre la siguiente, lo que permite disminuir la separación entre filas. Reducir separación entre filas permite instalar una mayor cantidad de paneles y, por tanto, instalar una mayor potencia.
Sin embargo, al disminuir la inclinación también se reduce el rendimiento de cada panel, ya que no está orientado perpendicularmente hacia el sol en las horas de mayor radiación,lo que provoca que se obtenga una inferior producción de energía por panel.
En este caso, el cliente ha comprobado que el hecho de instalar una mayor cantidad de paneles compensa la pérdida de eficiencia por panel. Por lo tanto para este caso, la reducción de inclinación era la solución óptima, debido principalmente a que el número de hectáreas disponibles se ha visto muy limitado por el alto coste del suelo en Países Bajos.
Instalación formada por 36.036 módulos fotovoltaicos Tier 1 de 400 Wp cada uno fabricados por JA Solar.
La transformación de corriente continua a alterna se realiza con 4 inversores Tier 1 fabricados por SMA.
La potencia prevista del proyecto es de 14,4 MWp (CC) / 10 MVA.
En la figura 9 se puede observar la distribución en planta del parque fotovoltaico.
Los requerimientos (RFQ) son los siguientes:
- Acero estructural EN 10025 o equivalente nacional.
- Todos los productos de acero deben ser enviados con certificados de inspección según EN 10204:2005.
- Productos de acero galvanizado según EN 10346 or EN ISO 1461.
- Entregas acompañadas de certificado de conformidad según EN ISO/EC 17050.
- Estructuras de acero galvanizado o aluminio de acuerdo a los estándares EN 1991-1-4:2010, 1991-1-6:2010, 1993-1-1:2010, 1993-1-3:2010, 1993-1-5:2019, 1993-1-8:2010, 1993-1-9:2010, 1993-1-10:2010, 1993-5:2019, 1997-1:2014,1997-2:2010, 1992 – 2011-01, 206-1: 2017-1, 1999-1-1: 2014-03 o equivalentes locales.
- Las estructuras garantizarán la inclinación especificada en el plano del módulo y mantendrán esta condición incluso después de los eventos de carga extrema previstos en el cálculo estructural.
- La ingeniería de la estructura soporte para módulos deberá tener en cuenta las cargas permanentes, cargas de viento, cargas sísmicas, dimensionamiento estructural y control de la cimentación, dimensionamiento de los miembros, control de conexiones y efecto de los cambios de temperatura de acuerdo con todos los códigos y normas aplicables.
- Soportes metálicos de los módulos en acero galvanizado por inmersión en caliente según EN 10346 y/o EN ISO1461 o en aluminio anodizado de alta resistencia según EN 485, 755, 1559-1, 1559-4 y 1706 o equivalente para la mejor protección anticorrosiva de la construcción.
- La instalación no requerirá la realización de ninguna soldadura en obra.
- Conectores M6 y M8, incluidos pernos y tuercas, de acero inoxidable o cumpliendo con otras prácticas estándar de la industria apropiadas garantizando que no haya riesgo de corrosión. Los que no sean M6 y M8 deberán tener al menos un recubrimiento electrogalvánico o cualquier otro que el fabricante considere apropiado.
- En caso de instalación por parte del fabricante, éste realizará una prueba de extracción y entregará los resultados de la misma al contratante para que éste pueda cerciorarse de la suficiencia de la fijación de las estructuras metálicas. El fabricante comprobará que la prueba de extracción es la mínima exigida en los cálculos.
- Todas las estructuras deberán estar conectadas y puestas a tierra.
- El sistema de sujeción de los módulos cumplirá con los requisitos del fabricante de los mismos. Se dejará espacio suficiente entre los marcos de los módulos para permitir la expansión térmica. En general, se respetarán las directrices de instalación del fabricante de los módulos.
- El fabricante deberá demostrar que los módulos permanecerán unidos a la estructura bajo todas las condiciones ambientales razonablemente esperadas en la obra y que no se alcanza la condición de carga máxima prescrita por el fabricante del módulo. No se tolerará ningún tipo de escalonamiento de los módulos.
- Los módulos se montarán mediante abrazaderas de aluminio/acero o mediante la fijación directa mediante tornillos o remaches a la estructura y la configuración puede depender del tipo de estructura. Es obligatorio que, sea cual sea la técnica de sujeción/fijación, ésta sea aceptada por el fabricante de los módulos y no invalide la garantía de los mismos.
- La configuración de las mesas puede variar en función del proveedor del sistema de estructura; no obstante, se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:
- Disposición para el proyecto tal y como se entrega por encargo.
- Distancia mínima requerida desde el suelo > 60 cm.
- Cumplimiento de las condiciones del emplazamiento y cálculos relativos al viento, la nieve, etc.
- La nivelación del suelo y la pendiente máxima permitirán un cierto grado de flexibilidad y las tolerancias serán adecuadas para el emplazamiento.
- El fabricante fijará la tolerancia en grados + y -.
En este caso el cliente no proporcionó un informe geotécnico, por lo que Praxia Energy realizó pruebas de hincado.
Diseño de la instalación
Partiendo de los datos proporcionados se realizó el diseño de la instalación, lo que incluye el modelo 3D -ver figura 10-, cálculo de cargas -ver figura 11-, elaboración de planos -ver figura 12-, selección de material, etc.
Los resultados obtenidos son los siguientes:
- Material. Acero S 355 galvanizado por inmersión en caliente para los pilares y Magnelis® (aleación de Zn – Mg) para el resto de componentes a excepción de las grapas que son de aluminio. A la hora del montaje, las grapas de aluminio se sitúan sobre correas de Magnelis® lo que pondría en contacto dos metales distintos, produciendo un acoplamiento galvánico y generando corrosión. Para evitar esto suceda, se añade una pieza de poliamida -ver figura 13-.
- Estructura. Está compuesta por mesas de 2015 x 996 x 40 mm, cada mesa tiene 7 correas por viga espaciadas 1 m, 78 paneles fotovoltaicos, 20 pilares y 157 m2 de área para paneles. Con el objetivo de reducir el peso y, por tanto, el coste de la instalación, a la vez que se cumplen todos los requisitos se realizó la comprobación de la estructura en un túnel de viento. Utilizando la maqueta de la figura 14, se simularon las cargas de viento supuestas en el cálculo de tensiones garantizando el buen funcionamiento de la estructura con la menor cantidad de material posible.
- Profundidad de hincado. Se realizaron pruebas de hincado con el objetivo de calcular la profundidad a la que hincar los pilares. Se debe comprobar que a dicha profundidad se garantice que los pilares sean capaces de soportar la carga máxima de la instalación (combinación de peso de la estructura, paneles, cables y demás elementos junto con cargas de viento, nieve, etc.) con un margen de seguridad razonable y sin desplazarse. Estas pruebas consisten en medir con un dinamómetro las fuerzas que soportan los pilares (figura 15) sin desplazarse para diferentes profundidades y en varios lugares (figura 16). Las fuerzas medidas fueron la cortante y la vertical hacia arriba, la vertical hacia abajo no era necesario ya que en ningún caso iba a ser la f uerza crítica.
Las cargas máximas sobre los pilares (obtenidas en el cálculo de la estructura superponiendo peso propio con acciones externas como viento, sismo, etc.) son:
-
- Hacia abajo: 10,3 kN
- Hacia arriba: 6,0 kN
- Cortante: 1,5 kN
- Momento: 0,74 kNm
Estas cargas deben ser inferiores a las cargas medidas en los test de hincado en el momento en el que se realiza el desplazamiento. En la tabla 1 se puede observar el resultado de uno de los test realizados.
En la figura 17 se muestra un gráfico con los resultados del caso más desfavorable. En él se representan las cargas máximas hacia arriba que soporta la estructura sin desplazarse en función de la profundidad de hincado. La línea roja es la carga máxima sobre los pilares (mínima que debe soportar la estructura), mientras que la azul representa las fuerzas medidas en el terreno.
A la vista de los resultados del gráfico anterior, se observa que una profundidad de 1,75 m será suficiente para soportar las cargas máximas requeridas por la estructura.