La transición global hacia las energías renovables está creando uno de los mayores despliegues de equipos de ingeniería, sistemas eléctricos y materiales avanzados de la infraestructura moderna. Módulos solares, aerogeneradores, palas, cables, inversores, sistemas de montaje, componentes eléctricos y materiales estructurales deben funcionar de forma fiable durante décadas, a menudo en condiciones ambientales y mecánicas severas.
Pero la certificación por sí sola no puede responder a todas las preguntas sobre las prestaciones de los equipos durante su vida operativa.
A medida que los proyectos renovables crecen en escala y valor de inversión, los ensayos y análisis independientes adquieren mayor importancia para fabricantes, promotores, contratistas EPC, inversores y propietarios de activos.
Las Energías Renovables Plantean un Reto de Materiales y Fiabilidad
La transición renovable suele discutirse en términos de capacidad instalada, producción energética y descarbonización.
Detrás de esas cifras existe una enorme infraestructura física.
Cada proyecto solar o eólico depende de materiales y componentes cuyas prestaciones pueden afectar directamente a seguridad, disponibilidad, eficiencia y economía del proyecto.
Estos componentes pueden estar expuestos durante años a ciclos térmicos, radiación ultravioleta, humedad, sal, corrosión, vibración, fatiga, cargas mecánicas y esfuerzos eléctricos.
Comprender cómo responden a estas condiciones es, fundamentalmente, una cuestión de ensayos y análisis.
Los Ensayos Solares FV Van Mucho Más Allá de Medir la Potencia
Los módulos fotovoltaicos parecen relativamente sencillos por fuera, pero son conjuntos de ingeniería que combinan células semiconductoras, vidrio, encapsulantes, láminas posteriores, marcos, cajas de conexiones, conectores e interconexiones eléctricas.
Cada elemento puede influir en las prestaciones a largo plazo.
Medición de características eléctricas, potencia y cambios de prestaciones tras esfuerzos ambientales o mecánicos.
Los cambios repetidos de temperatura pueden revelar debilidades en interconexiones, materiales, laminados e interfaces de componentes.
Los ensayos de exposición ambiental ayudan a evaluar la resistencia a la degradación por humedad y al deterioro de materiales.
Los módulos pueden necesitar soportar cargas de viento, nieve, instalación y otros esfuerzos mecánicos.
Los ensayos pueden identificar susceptibilidad a mecanismos de degradación eléctrica que reducen las prestaciones del módulo.
Encapsulantes, láminas posteriores, vidrio, marcos, sellos y otros materiales pueden evaluarse para comprobar su resistencia ambiental a largo plazo.
La serie IEC 61215 ofrece un importante marco internacional para la cualificación del diseño y los ensayos de módulos FV terrestres. La edición de 2021 incluye cargas mecánicas dinámicas y degradación inducida por potencial entre los requisitos de ensayo de módulos de silicio cristalino.
Los ensayos de cualificación aportan evidencia de que un diseño de módulo soporta secuencias de ensayo y esfuerzos ambientales definidos. No deben interpretarse automáticamente como una predicción precisa de los años que un módulo individual funcionará en una instalación concreta.
La Energía Eólica Plantea un Reto Aún Mayor de Ensayos Estructurales
Los aerogeneradores modernos figuran entre las mayores máquinas rotativas jamás fabricadas.
Sus componentes experimentan millones de ciclos de carga bajo condiciones de viento, temperatura y ambiente que cambian continuamente.
Por tanto, los ensayos abarcan desde prestaciones eléctricas hasta evaluación estructural a escala real.
Los ensayos estáticos y de fatiga a escala real permiten evaluar si las estructuras de palas cumplen sus hipótesis de diseño.
Materiales compuestos, adhesivos, resinas y materiales estructurales pueden evaluarse en cuanto a propiedades mecánicas y durabilidad.
Las mediciones de campo permiten determinar las características de potencia del aerogenerador bajo condiciones definidas de emplazamiento y medición.
Los componentes y subsistemas pueden ensayarse para verificar características eléctricas y respaldar la evaluación de conformidad con la red.
Los materiales y componentes pueden requerir evaluación frente a temperatura, humedad, sal, corrosión y otras exposiciones específicas del emplazamiento.
Los análisis de laboratorio e ingeniería permiten determinar las causas de grietas, delaminación, corrosión, fatiga y fallos prematuros de componentes.
Los Ensayos de Materiales Son Centrales para la Fiabilidad Renovable
Las prestaciones de las energías renovables dependen, en última instancia, de los materiales.
Acero, aluminio, polímeros, compuestos, adhesivos, recubrimientos, vidrio, cobre, aislamiento eléctrico y materiales semiconductores se comportan de forma distinta ante esfuerzos operativos y ambientales prolongados.
Los ensayos permiten determinar si esos materiales son adecuados para su aplicación y si ha comenzado la degradación durante el funcionamiento.
Los Ensayos Ambientales Acelerados Revelan Debilidades Antes
Esperar veinte años para descubrir si un componente renovable es duradero resulta claramente impracticable.
Los laboratorios utilizan ensayos ambientales controlados y esfuerzos acelerados para exponer productos y materiales a condiciones definidas en períodos de ensayo reducidos.
Los equipos experimentan calor, frío, humedad, exposición UV, viento, sal, vibración y cargas mecánicas durante su funcionamiento.
Las condiciones definidas de laboratorio permiten comparar materiales y componentes, identificar debilidades y evaluar el cumplimiento de requisitos de ensayo especificados.
No obstante, los ensayos acelerados deben interpretarse correctamente. Un ensayo de laboratorio no equivale automáticamente a un número determinado de años de servicio salvo que se haya establecido una relación apropiada y validada.
Las Renovables Marinas Elevan Aún Más los Requisitos de Ensayo
Los equipos eólicos marinos operan en uno de los entornos más exigentes de la infraestructura industrial.
Agua salada, humedad, cargas cíclicas, viento, olas y difícil acceso de mantenimiento aumentan las consecuencias de degradación y fallo.
Por ello, los ensayos y análisis pueden prestar especial atención a:
Evaluación de materiales metálicos, sistemas protectores y recubrimientos frente a exposición marina agresiva.
La adherencia, espesor, degradación y protección pueden evaluarse antes y durante el servicio.
Los materiales estructurales y conexiones pueden evaluarse frente a cargas cíclicas repetidas.
Los materiales de palas pueden examinarse para detectar delaminación, grietas, defectos de unión y otras debilidades estructurales.
Los equipos eléctricos deben seguir siendo fiables pese a humedad, contaminación salina y condiciones exigentes.
Cuando los componentes fallan en el mar, identificar el mecanismo real resulta crucial para evitar su repetición en una flota de activos.
El Análisis de Fallos Puede Ser Tan Importante como la Cualificación
Los ensayos suelen asociarse a aprobar un producto nuevo antes de comercializarlo o instalarlo.
Pero algunos de los trabajos de laboratorio más valiosos comienzan después de que algo haya salido mal.
Un componente agrietado, fijación corroída, pala delaminada, recubrimiento fallado, cable dañado o módulo FV de bajo rendimiento pueden contener evidencias físicas del mecanismo de fallo subyacente.
Un análisis eficaz pregunta por qué falló: selección de materiales, defecto de fabricación, fatiga, corrosión, exposición ambiental, daño de instalación, esfuerzos de diseño, degradación eléctrica o una combinación de mecanismos.
Del Fallo a la Causa Raíz
Una investigación estructurada puede combinar varias técnicas analíticas en lugar de basarse en un único ensayo.
Identificar características de fractura, daños superficiales, corrosión, delaminación y otras evidencias físicas.
Verificar composición, contaminación, depósitos o sustancias inesperadas relacionadas con el fallo.
Determinar si resistencia, dureza, tenacidad u otras propiedades siguen siendo coherentes con la especificación.
Examinar superficies de fractura para identificar fatiga, sobrecarga, fractura frágil u otros mecanismos.
Evaluar fallos del sistema protector, morfología de corrosión y contribución ambiental.
Combinar evidencias de laboratorio con historial operativo, cargas, información de diseño y condiciones del sitio para determinar la causa raíz probable.
Los Ensayos También Aseguran la Cadena de Suministro
Los proyectos renovables dependen cada vez más de cadenas de suministro internacionales.
Los componentes pueden diseñarse en un país, fabricarse en otro e instalarse a miles de kilómetros.
Los propietarios necesitan, por tanto, confianza en que los equipos y materiales entregados siguen siendo coherentes con las especificaciones aprobadas y las evidencias de cualificación.
Los ensayos de tipo y cualificación evalúan diseños definidos frente a requisitos técnicos y secuencias de ensayo aplicables.
Los controles de fabricación, muestreo, inspección y ensayos ayudan a confiar en que la producción sigue siendo coherente con las especificaciones aprobadas.
Esta distinción es importante. Un ensayo de tipo satisfactorio no garantiza por sí solo que todos los productos fabricados posteriormente sean idénticos a la muestra ensayada.
Ensayos, Inspección y Certificación Trabajan Juntos
El aseguramiento de renovables es más sólido cuando los ensayos no se tratan como una actividad aislada de laboratorio.
Ensayos, inspección y certificación abordan distintas partes de la cadena de confianza.
Generan datos técnicos objetivos sobre características y prestaciones de materiales, componentes o equipos.
Evalúa fabricación, instalación, ejecución, estado y conformidad en fábricas, emplazamientos de proyectos y activos operativos.
Proporciona evaluación independiente de la conformidad frente a normas, esquemas o requisitos técnicos definidos cuando corresponde.
Interpreta evidencias, investiga fallos y respalda decisiones de ingeniería cuando un certificado por sí solo no ofrece la respuesta.
Los Ensayos Independientes Protegen Más que la Conformidad
El valor comercial de los ensayos va más allá de los requisitos reglamentarios o de certificación.
Para promotores, financiadores, inversores y propietarios, los ensayos independientes pueden respaldar selección de equipos, cualificación de proveedores, diligencia debida técnica, disputas de garantía, problemas de prestaciones y extensión de vida de activos.
¿Qué Deben Considerar Fabricantes y Propietarios?
El programa correcto depende de equipos, tecnología, normas aplicables, entorno previsto y riesgo del proyecto.
- qué normas internacionales, nacionales o contractuales se aplican;
- qué equipos y materiales generan el mayor riesgo técnico;
- si se requieren ensayos de cualificación, conformidad, prestaciones o investigación;
- si los ensayos deben realizarse en un laboratorio acreditado;
- si se ensayan muestras representativas de producción;
- qué condiciones ambientales experimentarán realmente los equipos;
- si la inspección de fabricación debe acompañar a los ensayos de laboratorio;
- cómo se investigarán desviaciones y fallos; y
- cómo los resultados respaldarán certificación, compras o aceptación del proyecto.
El Laboratorio Forma Parte de la Gestión de Riesgos Renovables
A medida que los activos renovables crecen, se vuelven más sofisticados y se despliegan más ampliamente, aumentan las consecuencias del fallo prematuro de equipos.
Un defecto relativamente pequeño de material puede terminar afectando a un activo mucho mayor.
Un fallo de recubrimiento puede convertirse en corrosión. Un defecto de unión puede convertirse en un problema estructural. Una conexión eléctrica débil puede convertirse en un problema de fiabilidad. Una incoherencia de fabricación puede generar una disputa de garantía en toda la flota.
Los ensayos y análisis permiten investigar estos riesgos mediante evidencias, no suposiciones.
Ensayar la Transición Energética
La transición renovable requerirá enormes cantidades de equipos y materiales durante las próximas décadas.
El reto ya no consiste simplemente en la rapidez de despliegue de la generación renovable.
También consiste en la confianza con que la industria demuestra que los equipos instalados hoy funcionarán de forma segura y fiable mañana.
La transición energética es, en última instancia, una transformación de infraestructura física. Cada megavatio instalado depende de materiales, componentes y equipos cuyas prestaciones deben comprenderse, ensayarse y verificarse.