El análisis estructural de plantas fotovoltaicas debe partir de que el comportamiento de cada estructura depende de muchos factores: viento, nieve, terreno, cimentaciones, uniones, tolerancias de montaje y, en el caso de los seguidores solares, también de la estrategia de seguimiento y de fenómenos dinámicos y aeroelásticos.
Cuando una solución se replica a escala de cientos o miles de estructuras, pequeñas desviaciones en el diseño, la fabricación o la ejecución pueden convertirse en problemas relevantes para el conjunto del activo.
Por ello, la ingeniería estructural de una planta fotovoltaica no debería limitarse a comprobar perfiles y cimentaciones. Es necesario entender cómo trabaja el sistema completo, qué hipótesis condicionan el diseño y dónde se encuentran sus modos de fallo críticos.
Estructuras fijas y seguidores: retos diferentes
Las estructuras fijas presentan una menor complejidad mecánica, pero su validación sigue dependiendo de una correcta definición de las acciones de viento y nieve, del comportamiento de las cimentaciones, de la estabilidad global, de las uniones y de las condiciones reales de montaje.
Los seguidores solares incorporan variables adicionales. Su flexibilidad, las grandes superficies expuestas al viento y la existencia de elementos móviles hacen que determinados fenómenos puedan adquirir una importancia crítica.
Entre ellos se encuentran:
- Fenómenos aeroelásticos e inestabilidades dinámicas.
- Definición incorrecta de posiciones de defensa frente al viento.
- Interpretación inadecuada de ensayos de túnel de viento.
- Interacción entre la estrategia de control y la respuesta estructural.
- Concentraciones de tensiones y plastificaciones locales.
- Vibraciones y daño por fatiga.
- Desviaciones asociadas a fabricación, tolerancias o montaje.
En estos casos, la resistencia estática de los perfiles es solamente una parte del problema.
¿Dónde aparecen los riesgos en el análisis estructural de plantas fotovoltaicas?
Muchos problemas estructurales no proceden de un único error, sino de la combinación de varias hipótesis o desviaciones aparentemente pequeñas.
Cargas de viento
Una interpretación incorrecta de la normativa, de los coeficientes geográficos o de los ensayos de túnel de viento puede trasladarse directamente al dimensionamiento de toda la estructura.
Los seguidores requieren, además, una atención específica: al tratarse de estructuras altamente sensibles a los fenómenos aeroelásticos, resulta imprescindible evaluar su comportamiento dinámico y verificar la idoneidad de sus posiciones de defensa (stow) frente al viento.
Uniones y modelos de detalle
Las uniones suelen ser uno de los puntos críticos del diseño.
Modelos de cálculo excesivamente simplificados pueden no representar correctamente fenómenos como contacto entre componentes, pretensado de la tornillería, deslizamiento, plastificaciones locales o redistribución de esfuerzos.
Cuando la unión condiciona el comportamiento del sistema, los modelos de elementos finitos (FEM) de detalle permiten estudiar mecanismos que difícilmente pueden capturarse mediante un modelo global.
Cimentaciones y terreno
La capacidad de la estructura no puede separarse de la respuesta de sus cimentaciones.
Profundidad de hincado, propiedades geotécnicas, rigidez lateral, capacidad frente a arrancamiento, calidad de instalación y variabilidad del terreno pueden modificar de forma significativa la respuesta estructural.
La definición e interpretación correcta de los ensayos de campo resulta, por tanto, fundamental.
Fabricación y montaje
Una estructura correctamente calculada también puede presentar problemas si la realidad construida se aleja de las hipótesis del diseño.
Desalineaciones, tolerancias acumuladas, tornillería incorrectamente instalada, cambios de componentes o desviaciones geométricas pueden introducir esfuerzos adicionales.
Por ello, cuando es necesario, el análisis debe considerar la estructura realmente instalada y no únicamente el modelo teórico original.
Ingeniería durante todo el ciclo de vida del activo
En CADE trabajamos sobre estructuras fotovoltaicas en las distintas fases del proyecto.
Antes de fabricar o instalar
Para fabricantes y propietarios realizamos la revisión y validación estructural del diseño antes de su industrialización o implantación.
Los trabajos pueden incluir:
- Revisión de bases de diseño y normativa.
- Definición y comprobación de cargas.
- Análisis global mediante FEM.
- Evaluación de estabilidad y comportamiento no lineal.
- Análisis de seguidores frente al viento.
- Comprobación de perfiles y componentes.
- Modelos FEM de detalle de uniones.
- Revisión y cálculo de cimentaciones.
- Evaluación de ensayos de campo.
- Optimización orientada a reducir peso, complejidad o coste.
El objetivo no es únicamente determinar si una estructura cumple, sino conocer sus márgenes, identificar qué componentes gobiernan el diseño y localizar oportunidades reales de optimización.
Durante la construcción y puesta en servicio
En esta fase pueden aparecer discrepancias entre el diseño y la instalación ejecutada.
La ingeniería permite evaluar desviaciones de montaje, resultados anómalos en ensayos, problemas en hincas o cimentaciones, modificaciones de geometría o condiciones no previstas inicialmente.
A partir de este análisis puede determinarse si una desviación es admisible, si requiere una comprobación específica o si debe adoptarse una medida correctora.
Cuando aparece un fallo en planta
Cuando una estructura ya ha sufrido deformaciones, roturas, problemas de cimentación o daños durante un evento meteorológico, el enfoque cambia: «¿qué ha ocurrido realmente y qué implica para el resto de la planta?»
En estos casos desarrollamos análisis de causa raíz, según el problema:
- Inspección y caracterización del daño.
- Reconstrucción de las condiciones del evento.
- Revisión del diseño original.
- Análisis de cimentaciones.
- Ensayos y validación experimental.
- Análisis de fatiga y vida remanente.
- Escaneado 3D.
- Evaluación de mecanismos de fallo.
El objetivo es diferenciar el daño observado de su causa y definir medidas correctoras técnicamente justificadas antes de extenderlas al conjunto de la planta.
Revisión independiente y soporte técnico
Esta metodología puede aplicarse también como revisión independiente para propietarios, fabricantes, fondos, aseguradoras o terceras partes que necesiten conocer el riesgo estructural asociado a un activo.
CADE presta soporte en:
- Revisión independiente (third-party review) y due diligence: revisión independiente del diseño, hipótesis de cálculo, ensayos y documentación técnica.
- Análisis de causa raíz (RCA) y soporte pericial: investigación de fallos, daños durante eventos extremos y apoyo técnico en reclamaciones o litigios.
- Integridad y vida remanente: evaluación de estructuras existentes, fatiga, degradación y capacidad residual.
- Optimización estructural: revisión de perfiles, componentes y uniones para reducir material o coste manteniendo los requisitos de diseño.
- Verificación y validación (V&V): definición de ensayos y correlación entre modelos y comportamiento real.
- Monitorización y modelos digitales: estrategias de seguimiento del comportamiento estructural del activo.
Experiencia aplicada a decisiones reales
Con casi 25 años de experiencia en ingeniería y cálculo estructural, CADE ha desarrollado un profundo conocimiento de las estructuras fotovoltaicas: seguidores, estructuras fijas y sus cimentaciones.
Esto nos permite abordar una estructura fotovoltaica desde perspectivas diferentes: como diseñadores, como revisores independientes y como especialistas que deben reconstruir el comportamiento de una estructura después de un fallo.
La metodología cambia en función del problema, pero el criterio es el mismo: partir de datos verificables, representar correctamente el comportamiento físico de la estructura y aplicar el nivel de análisis necesario para reducir la incertidumbre técnica antes de tomar una decisión sobre el activo.
Desde el diseño inicial de una estructura hasta la investigación de un fallo en una planta en operación, el objetivo es ayudar a fabricantes y propietarios a tomar decisiones técnicamente sólidas sobre seguridad, fiabilidad, coste y vida útil.
¿Necesita un análisis estructural de plantas fotovoltaicas o una revisión independiente de su diseño? Hable con nuestro equipo.
