I. Identificar tipos y fuentes de carga
El diseño-de capacidad de carga de soportes fotovoltaicos debe considerar los siguientes tipos principales de cargas:
| Tipos de carga | Descripciones |
| Carga permanente | El peso de los módulos fotovoltaicos, soportes, cables, etc., en condiciones de acción a largo plazo-normalmente se considera entre 0,12 y 0,20 kN/m². |
| Carga de viento | La presión o succión ejercida por el viento sobre los soportes y módulos es un factor de control clave en el diseño de áreas al sur del río Yangtze (como Wuxi) |
| Carga de nieve | Requiere consideración especial en áreas del norte o de gran-altitud, generalmente menos en el sur |
| Carga de construcción/mantenimiento | Cargas temporales sobre el personal y el equipo durante la instalación o el mantenimiento, normalmente calculadas en 1,0 kN/m² |
| Carga sísmica | Requerido en zonas de fortificación sísmica, pero generalmente no es un factor dominante |
✅ Nota especial: en áreas de alta-humedad, costeras y tifones-como Wuxi y Jiangsu, la carga del viento suele ser el factor decisivo y los cálculos deben basarse en la presión básica del viento del período de retorno local de 50 años.
II. Fórmula de cálculo de carga de viento
Según el "Código para el diseño de estructuras de construcción" (GB50009-2012), el valor estándar de la carga de viento se calcula de la siguiente manera:
Wk= z.μs.μz.W₀
Wk: Valor de carga de viento estándar (kN/m²)
W₀: Presión básica del viento (aproximadamente 0,45 kN/m² en el área de Wuxi)
μz: Coeficiente de variación de altura de la presión del viento (relacionado con la altura de instalación)
μs: Coeficiente de forma de carga de viento (determinado por la forma del soporte y del módulo, generalmente tomado como 1,3)
z: Coeficiente de ráfaga en altura Z
Ejemplo: para un proyecto fotovoltaico-montado en el suelo con una altura de instalación de 8 metros y un ángulo de inclinación de 25 grados, de la tabla obtenemos μz=1.0, μs=1.3, W₀=0.45, luego Wk=1.0 x 1,3 x 1,0 x0.45 =0.585 kN/m²
III. Combinación de carga y diseño de estado límite último
Según NB/T 10115-2018 "Código para el diseño de estructuras de soporte fotovoltaico", se requieren dos cálculos del estado límite último:
1. Estado límite último de capacidad portante (resistencia y estabilidad)
Se utiliza para verificar si el soporte fallará, usando la combinación básica:
Sd=YG.Gk+Yw.ψw.Wk+Ys.ψs.Sk
Ver casos de carga combinados:
- 1,3 × Carga muerta + 1.5 × Carga de viento + 1.5 × 0,6 × Carga de nieve
- 1,3 × Carga muerta + 1.5 × Carga de nieve + 1.5 × 0,7 × Carga de viento
✅ El caso de carga más desfavorable suele ser una combinación de viento fuerte y viento en contra; el valor de efecto máximo debe usarse para la verificación estructural.
2. Estado límite de servicio (control de deformación) Se utiliza para verificar si el soporte experimenta una deflexión excesiva, lo que afecta la instalación y la estética de los componentes; Se utiliza una combinación estándar.
Sk= Gk+Wk+0.7xSk
El límite de deflexión es generalmente 1/250 del tramo del componente (por ejemplo, para un tramo de 4800 mm, la deflexión permitida es menor o igual a 19,2 mm).
IV. Verificación de resistencia de los componentes estructurales Las siguientes verificaciones se realizan en los componentes clave (columnas, vigas principales, correas):
1. Resistencia a la flexión: σ=M/Wn{<}f (Design value of bending strength of steel)
2. Resistencia al corte: τ=VS/(It){<}fv
3. Control de la relación de esbeltez: La relación de esbeltez de los miembros comprimidos no debe exceder 220 para evitar la inestabilidad.
4. Resistencia del nodo de conexión: los pernos, soldaduras y otras piezas de conexión deben cumplir con los requisitos de capacidad de carga.
Los datos experimentales muestran que la capacidad de carga máxima de una estructura de viga secundaria de alta-calidad puede alcanzar el 110 % de la carga de diseño y la vida a la fatiga supera los 100 000 ciclos.
V. Sugerencias de optimización para ingeniería práctica (específicamente para proyectos de Wuxi)
Dado que es posible que esté diseñando un proyecto fotovoltaico en Wuxi, provincia de Jiangsu, se hacen las siguientes sugerencias en función de las características climáticas locales:
Selección de materiales: dé prioridad a los soportes de aleación de zinc-aluminio-magnesio o acero con una-capa galvanizada por inmersión en caliente mayor o igual a 120 μm y un acabado con recubrimiento en polvo-para resistir la corrosión por niebla salina de alta-humedad.
Espesor del soporte: El espesor de la viga principal no debe ser inferior a 2,5 mm y el espesor de la correa secundaria no debe ser inferior a 1,5 mm.
Diseño de resistencia al viento: considere la influencia del ángulo de dirección del viento; en ángulos de inclinación pequeños (0 grados –20 grados), el coeficiente de forma de la carga del viento aumenta linealmente con el ángulo de inclinación.
Selección de cimientos: para cimientos de suelo blando, se recomiendan pilotes helicoidales o pilotes micro-con lechada para reducir los riesgos de excavación y asentamiento.
