La respuesta de la industria se ha centrado en dos defensas principales: módulos de vidrio templado al calor más horribles y protocolos de almacenamiento de granizo que inclinan los sistemas de seguimiento en ángulos pronunciados durante las tormentas. Estas estrategias son prometedoras, pero persiste una pregunta fundamental: ¿cuán efectivas son realmente para prevenir daños?
Si bien los datos del mundo real son ideales, factores como la densidad del granizo, la incertidumbre de las mediciones y las condiciones variables complican la respuesta, lo que hace que los modelos basados en la física sean esenciales. Sin embargo, las últimas investigaciones muestran que los modelos de energía cinética ampliamente utilizados pueden subestimar significativamente el potencial de daño hasta en un 48% para 3 pulgadas de granizo, incluso cuando los paneles están en una posición de almacenamiento de granizo. de alto grado. kWh Analytics ha desarrollado un modelo de granizo corregido empíricamente para comenzar a tener en cuenta estas imprecisiones del modelado. Si bien se ha demostrado que la estiba mitiga eficazmente los daños causados por el granizo en muchos casos, sobreestimar su eficacia puede dar lugar a costosos errores de cálculo. Los proyectos que dependen en gran medida de protocolos operativos y utilizan módulos de vidrio más delgados pueden enfrentar tasas de pérdidas sustancialmente más altas de lo previsto, lo que genera tensión financiera en toda la cadena de valor, desde los propietarios del proyecto hasta las compañías de seguros. Para proteger las instalaciones solares, la estiba es más eficaz cuando se combina con módulos más horribles templados térmicamente y, en algunas tormentas de granizo severas, la combinación de ambos no es negociable.
Entendiendo el problema del granizo
Al comprender la frecuencia y el impacto financiero de los eventos de granizo, podemos prepararnos mejor y mitigar sus efectos. Si bien los eventos de granizo representan solo el 6% de los incidentes de pérdida solar, generan un asombroso 73% de las pérdidas financieras totales. [2]. Este conocimiento nos permite tomar medidas proactivas para abordar este desequilibrio y reducir su impacto.
Los mapas de riesgo tradicionales también están cambiando. Una nueva investigación del Dr. John Allen y la Universidad Central de Michigan en la Evaluación de riesgo solar 2025 desafía creencias arraigadas sobre la exposición al granizo en los Estados Unidos. Utilizando modelos bayesianos, los investigadores descubrieron que el 91,18% de las ubicaciones solares a escala de servicios públicos en los EE.UU. UU. tienen una probabilidad anual del 10% (período de retorno de 10 años) de ver granizo de más de 2 pulgadas (50 mm) dentro de aproximadamente 17 millas de su ubicación. Quizás lo más preocupante es que el 64% de estos lugares vieron granizo de más de 3 pulgadas durante un período de retorno de 25 años. Esto incluye sitios en áreas habituales de bajo riesgo, como California, lo que demuestra que el riesgo de granizo es generalizado en todo Estados Unidos.
El granizo difiere principalmente de otros peligros de catástrofes naturales tanto en su patrón de impacto como en sus consecuencias financieras. Grandes eventos de granizo como los que devastaron a Fighting Jays demuestran la capacidad del granizo para causar pérdidas millonarias en varios sitios en cuestión de minutos. Estos eventos crean pesadillas para los seguros, ya que las pérdidas concentradas pueden exceder los cientos de millones de dólares debido a eventos climáticos individuales, superando con crecimientos las reclamaciones típicas por daños por incendio o viento.
El granizo crea patrones de daños distintivos que plantean desafíos particulares tanto para los operadores como para las aseguradoras. Mientras que los daños causados por el viento suelen afectar a los sistemas de montaje y estanterías (a menudo limitados a las filas perimetrales) y el fuego crea daños térmicos localizados, el granizo golpea directamente el componente más vulnerable de una planta solar: la superficie de glass of the module. Esto crea efectos en cascada, que incluyen grietas en el vidrio, formación de puntos calientes y microfisuras, así como problemas de seguridad y producción.
El análisis de los patrones de pérdidas revela que el 29% de los sitios dañados han experimentado múltiples eventos. Sin embargo, los datos muestran una distinción importante: los sitios que implementan medidas de protección integrales después de las pérdidas iniciales reducen significativamente los daños en tormentas posteriores. Esto sugiere que una mitigación adecuada del riesgo puede romper el ciclo de pérdidas repetidas que afecta a algunas instalaciones.
Predecir con precisión la probabilidad de daños causados por una catástrofe natural es imperativo para industrias como las de seguros, que basan los precios de las primas en estos cálculos. Los líderes de la industria utilizan modelos basados en la física para evaluar la probabilidad de daños en diferentes escenarios comparando la energía cinética estimada que los módulos pueden soportar con la energía de impacto estimada en diferentes ángulos de inclinación del módulo.
Estos enfoques de modelización actuales suponen que los impactos de granizo se comportan como colisiones perfectamente elásticas, donde toda la energía cinética (energía asociada con el movimiento) se conserva como energía cinética, en lugar de convertirse en otras formas de energía (calor, sonido, deformación, etc.). Sin embargo, las investigaciones emergentes a partir de pruebas de laboratorio sugieren que los componentes inelásticos de los impactos del granizo en el mundo real no deben ignorarse, y algunos de estos detalles más matizados de los impactos del granizo tal vez deben alterar nuestra visión de la eficacia. de la estiba.
Esta brecha en la modelización tiene profundas implicaciones. Debido a que están en juego componentes inelásticos, los modelos actuales que suponen que toda la energía permanece como energía cinética (y por lo tanto disminuye de manera predecible al aumentar el ángulo de almacenamiento) pueden sobrestimar la efectividad de las estrategias de protección hasta en un 48%, creando puntos ciegos en la evaluación de riesgos que afectan todo, desde los precios de los seguros hasta las decisiones de inversión en tecnología.
El objetivo de todas las estrategias de resiliencia ante el granizo sigue siendo sencillo: reducir la probabilidad de daños al vidrio. Cuando el vidrio se rompe, los módulos no pueden producir electricidad de manera efectiva y se forman puntos calientes, lo que provoca fallas en cascada. Pero lograr este objetivo requiere enfrentar verdades incómodas sobre las limitaciones de los modelos, reevaluar las estrategias de protección y adoptar nuevas tecnologías que puedan soportar condiciones climáticas cada vez más severas.
Cómo el granizo daña realmente los paneles solares
Para comprender una protección adecuada contra el granizo, primero debemos examinar la física que rige estos impactos destructivos y cómo se pueden usar modelos para evaluar la probabilidad de rotura del vidrio cuando ocurren eventos de granizo. Además, podemos examinar los supuestos de estos modelos para comprender cómo se introducen simplificaciones en el modelado, lo que puede conducir a imprecisiones en las estimaciones de pérdidas.
Explicando la energía cinematográfica
El daño del granizo comienza con la energía cinética: la energía del movimiento que transportan las piedras de granizo que caen. Esta energía se puede representar mediante la ecuación física clásica KE = ½mv², donde la masa (m) y la velocidad (v) determinan la energía cinética total de un granizo que cae. Luego, esta energía cinética se puede comparar con la energía cinética necesaria para romper un módulo, que a menudo se obtiene mediante pruebas de laboratorio, para determinar en última instancia la probabilidad de que un módulo se rompa ante un granizo de cierta masa y velocidad.
El espesor del panel de vidrio juega un papel crucial a la hora de determinar la probabilidad de rotura. La investigación de RETC en la Evaluación de Riesgo Solar de 2023 muestra que los módulos de lámina posterior de vidrio/polímero de 3,2 mm superan sustancialmente a las alternativas de vidrio/vidrio de 2 mm en todas las energías de impacto, y el beneficio de protección aumenta a niveles de energía más altos, como se ve en la Figura 2.
Los datos de estas pruebas de laboratorio proporcionan una guía sobre cómo la probabilidad de daño aumenta con la energía cinética del granizo. Podemos llevar esto un paso más allá y asumir que esta relación se mantiene, independientemente del ángulo de almacenamiento, siempre que podamos calcular la energía cinética efectiva impartida al módulo. Esto se puede lograr suponiendo que la colisión es perfectamente elástica, de modo que sólo la porción de energía cinética que es perpendicular (normal) al módulo contribuye a la rotura (es decir, los impactos en ángulo dan como resultado una transferencia predecible de menos energía cinética al módulo y, por lo tanto, un menor riesgo de rotura). Entonces, para impactos en ángulo (por ejemplo, cuando los módulos se colocan en un granizo de alto grado), la energía cinética que contribuye al daño se puede representar a continuación, donde KE es la energía cinética total del granizo y KE_normal es la energía cinética. efectiva que el módulo «ve»:
Por lo tanto, se esperaría que un panel inclinado a 60 grados recibiera sólo una cuarta parte de la energía de impacto de una instalación plana, suponiendo que no haya viento y que el granizo caiga directamente hacia abajo. Cuando hay viento, el cálculo sigue siendo el mismo; Sin embargo, la velocidad y el ángulo de caída del granizo pueden verse afectados por el viento (Φ a continuación, Figura 3), afectado en última instancia el ángulo de impacto con el módulo. Si bien este modelo proporciona una base valiosa, se basa en simplificaciones que no capturan completamente el comportamiento del granizo en el mundo real.
Condiciones elásticas versus inelásticas
Si bien el modelo simple de energía cinética proporciona un punto de partida útil, pasa por alta complejidades clave sobre cómo los impactos causan roturas. La energía cinética de la caída de un granizo representa la energía total disponible para ser transferida, absorbida o disipada durante la colisión. Pero comprenda completamente cómo, por qué y cuándo se rompen los módulos requiere saber cómo se distribuye esa energía total durante una colisión. Factores como cuán concentrada y abrupta es la transferencia de energía (es decir, la fuerza aplicada al módulo), cómo la energía cinética se convierte en deformación o energía vibratoria y cómo el componente tangencial de la energía cinética genera fuerzas de corte adicionales desempeñan un papel en la rotura, factores que un modelo de energía cinética simple no logra capturar.
En resumen, utilizar la energía cinética como único predictor de la probabilidad de rotura (y asumir que escala con cos²(θ) como en una colisión perfectamente elástica) puede ser esencialmente defectuoso.
Las pruebas de laboratorio de Groundwork Renewables (2025 Solar Risk Assessment) revelan que las complejidades inelásticas de las colisiones de granizo pueden ser significativas cuando se tienen en cuenta los impactos en ángulo. El modelo simple de energía cinética elástica KEcos²(θ) subestima la energía entregada a un sensor bajo impactos en ángulo hasta en un 69% a 75°. esta observacion p uede explicarse mediante el modelo simple que supone que toda la energía transferida sigue la relación cos²(θ), una relación que sólo se aplica a colisiones perfectamente elásticas. Pasa por alto la energía convertida en deformación o vibración e ignora la energía cinética tangencial que puede generar fuerzas de corte, mecanismos en juego en una colisión inelástica. Además, estudios previos sobre desprendimientos de rocas. [3] han observado que la inelasticidad de la colisión aumenta al aumentar el ángulo de impacto, lo que significa que se esperaría que esta divergencia con respecto al modelo perfectamente elástico aumenta con ángulos de almacenamiento más altos. En términos sencillos, los beneficios de los ángulos de almacenamiento más altos serán especialmente exagerados si se utiliza el modelo simplificado en comparación con los ángulos de inclinación más bajos.
Teniendo en cuenta estas correcciones por inelasticidad, kWh Analytics y GroundWork Renewables obtuvieron un aumento en la probabilidad de rotura del módulo de hasta un 48% para granizo de 7,5 cm (~3”) en comparación con el modelo elástico simple (Evaluación de riesgo solar 2025).
Las implicaciones en el mundo real son sorprendentes. Utilizando un modelo tradicional basado en la física que no tiene en cuenta la inelasticidad, un módulo de vidrio de 2 mm tiene aproximadamente un 36 % de posibilidades de mameluco ante granizo de ~3 pulgadas (7,5 cm) bajo vientos de 40 mph cuando se guarda a 75°. Cuando incluimos la inelasticidad en los supuestos del modelo, la probabilidad de rotura aumenta aproximadamente al 84%.
Si bien la dinámica de impacto con un sensor difiere de la de un módulo fotovoltaico, este análisis proporciona un enfoque direccionalmente preciso para ajustar el ángulo de almacenamiento. Instamos a los probadores fotovoltaicos a realizar experimentos de prueba de granizo hasta fallar en varios ángulos de almacenamiento para capturar mejor el comportamiento de impacto del mundo real, incluidos los efectos inelásticos. Este enfoque directo revelaría la verdadera influencia del ángulo de almacenamiento, proporcionando información mucho más confiable que simplemente asumir escalas de probabilidad de rotura con el componente normal (perpendicular) de la energía cinética.
Un aparte sobre el viento
Los estudios demuestran que la probabilidad de rotura del módulo del granizo disminuye significativamente cuando los paneles están orientados en dirección opuesta al viento, pero este escenario no siempre es posible. Las grandes instalaciones solares a gran escala pueden abarcar muchos acres y la dirección del viento en una esquina de la planta puede diferir de la del extremo opuesto. En estos escenarios no ideales en los que los módulos están inclinados hacia el viento, es más probable que los ángulos de inclinación altos eviten roturas que los ángulos bajos, especialmente para módulos de vidrio más delgados.
Modelado de pérdidas de seguros
Debido a que las aseguradoras dependen de modelos basados en la física para fijar el precio del riesgo de granizo, las fallas en esos modelos pueden llevar a evaluaciones inexactas de la vulnerabilidad del proyecto y precios incorrectos de las primas. Para las pocas aseguradoras que ofrecen diferenciación de primas por estiba, utilizar el modelo de energía cinética simple puede sobreestimar la efectividad de la estiba en casi un 50%. Cuando estos modelos predicen menores probabilidades de daños para instalaciones con capacidad de almacenamiento, las compañías de seguros pueden fijar el precio de las pólizas en función de niveles de protección que difieren de la realidad del campo.
Comprender la verdadera física de los impactos del granizo está ayudando a la industria a desarrollar expectativas más realistas sobre la eficacia de la protección. Si bien las estrategias de estiba siguen siendo componentes valiosos de una protección integral, reconocer sus niveles de desempeño reales permite una mejor planificación, gestión de riesgos y análisis de costo-beneficio. Este entendimiento fomenta la innovación continua en mejoras materiales y enfoques de protección de múltiples niveles que pueden brindar la confiabilidad que requieren tanto los propietarios de proyectos como las aseguradoras.
Las compañías de seguros están abordando activamente este desafío. Las aseguradoras de energía renovable progresistas ahora solicitan documentación detallada de las estrategias de protección y están desarrollando modelos más beneficiosos que representan mejor el desempeño real de las estrategias de medidas de almacenamiento. Algunos operadores están comenzando a ofrecer una diferenciación premium para proyectos que combinan múltiples enfoques de protección en lugar de depender únicamente de sistemas de posicionamiento.
El camino a seguir
La investigación revela un desafío fundamental al que se enfrenta la industria solar: los modelos actuales de granizo pueden estar subestimando el riesgo de daños hasta en un 48% para los granizos grandes, incluso cuando los paneles están colocados en ángulos de almacenamiento de alto grado. Esta brecha en la modelización podría crear efectos en cascada en la inversión en tecnología, los precios de los seguros y las estrategias operativas que la industria debe abordar mediante enfoques de protección integrales, así como una mayor cuantificación de los efectos de la estiba.
Si bien nuestro modelo corregido muestra que la estiba proporciona menos protección de lo que sugieren los cálculos tradicionales, la protección eficaz contra el granizo aún funciona cuando se implementa como parte de una estrategia de múltiples capas.
Este cambio ha creado nuevos requisitos para el desarrollo de proyectos. Las medidas de fortalecimiento de activos ahora influyen en la economía del proyecto desde el diseño inicial hasta las operaciones en curso. VDE Americas, en colaboración con Wells Fargo, ha desarrollado una guía de mejores prácticas para la resiliencia solar [4]identificando varias estrategias de protección críticas.
Selección de módulo
Esta representa la elección más fundamental en la protección contra el granizo. La popular construcción de vidrio/vidrio de 2 mm tiene un rendimiento deficiente cuando se la somete a impactos de granizo, debido al vidrio frontal más delgado y sin templar. La actualización a un módulo de lámina posterior de vidrio/polímero de 3,2 mm proporciona una resiliencia considerablemente mejor, especialmente si el vidrio frontal está templado. Aún mejor, se cree que el uso de un vidrio frontal más grueso, como vidrio de 4 mm, aumenta la resiliencia, y los últimos módulos de vidrio/vidrio de 3,2 mm/2 mm también ofrecen mayor protección en comparación con la lámina posterior de vidrio/polímero de 3,2 mm.
Estos configuraciones utilizan vidrio templado de 3,2 mm para la superficie frontal donde se producen los impactos de granizo, con vidrio de 2 mm en la parte posterior para la integridad estructural. Los estudios iniciales están mostrando una marcada mejora con respecto a
construcción estándar de lámina posterior de polímero/3,2 mm, con paneles que soportan energías de impacto hasta 1,7 veces mayores en el vidrio frontal sin rotura del vidrio (Groundworks and kWh Analytics, Evaluación de riesgos solares de 2025). Si bien el espesor del vidrio frontal es el mismo que el de la lámina posterior de polímero de 3,2 mm, la especulación de la industria sugiere que esta mayor resistencia se debe a la mayor rigidez del módulo en su conjunto debido al uso de la lámina posterior de vidrio de 2 mm, pero la La investigación aún está en curso.
granizo
El acto de inclinar los paneles en ángulos pronunciados para reducir la probabilidad de rotura de vidrio durante eventos de viento o granizo exige confiabilidad en múltiples componentes interconectados: las alertas de monitoreo del clima deben estar en vivo y en tiempo real, los rastreadores deben tener energía confiable para entrar en almacenamiento, los operadores deben conocer y emplear los procedimientos apropiados y las redes de comunicación deben ser completamente funcionales para implementar un comando de almacenamiento de manera uniforme en todo el panel solar. Las pruebas periódicas pueden revelar posibles fallos antes de una tormenta, y las instalaciones más eficaces garantizan redundancias en todos los componentes críticos (alertas meteorológicas, nodos de comunicación, etc.).
protocolos operativos
Estos extienden la protección más allá de las especificaciones del equipo. Los procedimientos de estiba nocturna garantizan la protección durante las tormentas nocturnas, cuando la intervención manual es más difícil. Los protocolos de documentación que satisfacen los requisitos del seguro se están volviendo esenciales para lograr condiciones de cobertura favorables.
Para los sitios operativos que no tienen instalado vidrio de 3,2 mm o más grueso, no todo se pierde. VDE Americas incluyó un estudio de caso en la Evaluación de Riesgo Solar 2025 que demuestra cómo los protocolos operativos adecuados pueden ofrecer resultados excepcionales, incluso sin módulos más horribles. Tres proyectos en el condado de Fort Bend, Texas, que utilizaron paneles de vidrio dobles estándar de 2 mm resistieron con éxito granizos de ~4 pulgadas (100 mm) que devastaron el cercano sitio de Fighting Jays. Su éxito se debió a una ejecución impecable: posicionamiento de almacenamiento confiable de 52°, sistemas de comunicación robustos y protocolos operativos integrales que garantizaron que cada rastreador respondiera adecuadamente. Dos sitios no sufrieron daños, mientras que el tercero sufrió un impacto mínimo solo debido a un problema preexistente en el motor del rastreador y escombros voladores. Esta certificación demuestra que, si bien el vidrio más grueso proporciona una protección superior, la excelencia operativa con materiales probados aún puede ofrecer una resiliencia notable.
Conseguir el modelado correcto del granizo es importante para todos los integrantes de la cadena de valor solar. Una evaluación precisa de los riesgos permite fijar precios de seguros adecuados, incentivos económicos adecuados para estrategias de protección eficaces y una innovación continua en tecnologías que ofrecen resiliencia en el mundo real. La combinación de materiales mejorados, sistemas de almacenamiento confiables y procedimientos operativos integrales funciona cuando se implementa en conjunto. Para cerrar la brecha entre el riesgo percibido y el real, la industria debe adoptar modelos validados empíricamente, optimizados en torno a la física de lo que realmente sucede cuando el granizo golpea los paneles solares para garantizar que nuestra infraestructura de energía renovable pueda resistir el clima. Cada vez más severo que enfrentará.
Referencias
[1] https://www.woodmac.com/news/opinion/solar-surge-the-us-solar-industry-shattersrecords-in-2024/
[2] Evaluación de riesgos solares 2025: https://kwhanalytics.com/solar-risk-assessment
[3] Wang, Yanhai y otros. «Efectos del ángulo de impacto sobre el coeficiente de restitución en el análisis de desprendimientos de rocas basado en una prueba de laboratorio de mediana escala». Peligros naturales y ciencias del sistema terrestre, Copernicus GmbH, 19 de noviembre de 2018, doi.org/10.5194/nhess-18-3045-2018.
[4] VDE Americas y Wells Fargo: Mejores prácticas para el almacenamiento de granizo en proyectos solares montados en seguidor de un solo eje. https://www.vde.com/en/vde-americas/newsroom/240221-hail-stow-techmemo
Autores
Nicole Thompson es directora senior de ciencia de datos en kWh Analytics. Antes de unirse al equipo, Nicole trabajó como científica de datos en una empresa de inteligencia artificial, donde desarrolló soluciones de inteligencia artificial explicables, centrándose en algoritmos de razonamiento. En sus estudios de posgrado, su investigación se centró en nanocristales para bioimagen, así como en la aplicación de la ciencia de datos al análisis de capacidad diferencial de baterías. Nicole obtuvo su maestría en ingeniería química con opción de ciencias de datos de la Universidad de Washington y su BSE en ingeniería química de la Universidad Case Western Reserve.
Reilly Fagan es analista de datos senior en kWh Analytics. Antes de unirse a kWh Analytics, Reilly trabajó como analista de investigación líder en el departamento de investigación de una empresa de capital de riesgo. Allí, creó informes de investigación para clientes corporativos sobre tecnología solar, reciclaje de baterías, combustibles de aviación sostenibles y más. Reilly obtuvo una licenciatura en ingeniería química de la Universidad de Colorado en Boulder.
