18/01/2024 - Des chercheurs de l'UPM développent une méthode qui aide l'industrie photovoltaïque à concevoir des suiveurs solaires

Menéame

Los disciples solaires à un seul axe sont les les structures les plus utilisées actuellement dans l'industrie photovoltaïque. Ces structures sont composées d'un axe longitudinal appelé <'torque tube >', dans lequel les panneaux solaires sont fixés et cassés grâce à un système moteur pour orienter les panneaux en suivant le parcours du soleil pendant la journée.

L'industrie a augmenté le ratio production énergétique/coût en réduisant les coûts structurels en réduisant la rigidité des structures, mais cela a pour effet de rendre les suiveurs solaires plus sensibles aux actions du vent et, en particulier, de subir des phénomènes aéroélastiques auto-excités. C'est, à partir d'une certaine vitesse de vent, que le suiveur solaire subit des mouvements oscillatoires incontrôlés qui peuvent conduire à son effondrement structurel.

C'est la raison pour laquelle les chercheurs Institut universitaire de microgravité Ignacio Da Riva (IDR/UPM) de l'Université Polytechnique de Madrid (UPM) offre depuis des années des services de calcul expérimental et de conseil aux principales entreprises fabricants de ces structures.

Récemment, ils ont réalisé une étude intitulée:Stability analysis of two-dimensional flat solar trackers using aerodynamic derivatives at different heights above ground< < Analyse> > Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, a eu un impact considérable tant au niveau industriel que dans la communauté scientifique dans le domaine de l'ingénierie du vent.

L'un des auteurs de ce paper est Juan Andrés Cárdenas, doctorant l'École technique supérieure d'ingénierie aéronautique et spatiale (ETSIAE). Grâce à sa thèse, cette étude expérimentale de l'instabilité auto-excitée des disciples solaires plats dans des conditions bidimensionnelles de l'ordre de deux dimensions.

La recherche a commencé par une étude théorique à partir de l'état de l'art des phénomènes autoexcités connus, beaucoup hérités des études d'instabilité des ponts. Adapté à la formulation et à la suite d'une étude d'analyse dimensionnelle, des essais expérimentaux ont été conçus pour valider des études aéroélastiques sectorielles.

Les essais réalisés dans les installations de l'IDR/UPM sur le Campus de Montegancedo ont nécessité deux tunnels aérodynamiques. D'une part, le tunnel AB6, car ses caractéristiques géométriques permettent de garantir que le flux d'air dans la chambre est bidimensionnel. Dans ce tunnel, les essais principaux ont été réalisés, une vaste campagne systématique qui a modifié les caractéristiques géométriques du suiveur solaire qui affectent le plus le problème, l'angle d'attaque et la hauteur du suiveur solaire par rapport au sol. D'autre part, dans le tunnel ACLA16, les résultats obtenus au cours des essais principaux de l'IDR/UPM ont été validés et expliqués depuis l'IDR/UPM.

À la suite de toutes ces recherches, on a obtenu une base de données sur les coefficients aérodynamiques non stabilisés obtenus expérimentalement d'un disciple solaire pour différentes hauteurs par rapport au sol et différents angles d'attaque, ainsi qu'une procédure séminaire permettant d'estimer la vitesse critique d'un disciple solaire pour toutes caractéristiques structurelles et géométriques. Cela permet à l'industrie d'effectuer une première approximation de la vitesse critique qu'un disciple solaire peut supporter pour toute caractéristique structurelle sans devoir effectuer un essai expérimental spécifique. Il s'agit donc d'un outil utile pour réduire les coûts associés à la conception d'un système d'approvisionnement en eau, soutient Juan Andrés Cárdenas.

Une autre des conclusions de ce travail montre quelles configurations géométriques pourraient être les plus favorables pour résister à des conditions défavorables de vent.

La publication en ouvert de tous ces résultats a été largement acceptée, et recueillie dans des médias spécialisés tels que la revue PV-Magazine, qui lui a consacré un reportage complet tant dans son édition globale que dans son édition espagnole, et a reçu l'approbation du secteur des énergies renouvelables, puisqu'elle permet, selon les mots de l'industrie, d'établir et d'uniformiser l'étude de l'instabilité auto-excitée des suiveurs solaires qui jusqu'à présent se fondait sur des études ponctuelles.

Ouverture à d'autres enquêtes futures

Ces recherches s'inscrivent dans le cadre de deux projets de plus grande envergure, l'ESOLIA et SOLTAE, en collaboration avec l'Université d'Oviedo (Groupe de recherche en génie fluido-dynamique, Formule Windy, de l'École polytechnique de Moires) et l'Université de Princeton.

À son tour, les progrès réalisés ouvrent de nouvelles possibilités de collaboration internationale avec l'IDR/UPM à l'Université James Cook d'Australie ou l'Université de Shijiazhuang Tiedao de Chine.

À l'avenir, les chercheurs ont l'intention de faire sauter la configuration sectionnelle dans laquelle ces études ont été faites, à l'estimation de la vitesse critique des suiveurs solaires en tenant compte des effets tridimensionnels. De même, à analyser des configurations jusqu'à présent non étudiées comme l'utilisation d'amortisseurs distribués le long de sa structure. En outre, d'autres lignes de travail futures visent à étendre la méthodologie mise au point aux adeptes se trouvant dans le sillage d'autres (par exemple dans les rangs intérieurs d'un champ) ou à analyser par visualisation de flux le comportement du vent autour d'un suiveur solaire pendant qu'il oscille pour étudier l'origine physique de l'instabilité.

Université polytechnique de Madrid

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