מערכות אופטימיזציה סולריות (FPV) צוברות מערכת כפתרון אנרגיה מתחדשת מדרגי, במיוחד באזורים שבהם הקרקע היא נדירה או יקרה. על ידי פריסת לוחות סולאריים על גופי מים כגון מאגרים, אגמים, ומדריכות, FPV מציעה יתרונות כפולים: ייצור חשמל נקי וחיזוק תצורה מופחתת של מערכות סולאריות, עם זאת, הביצועים והארוכות של מערכות אלה תלויים באופן ביקורתי על אינטראקציה הידרודינמית - בין מערך המשתנים ובטיחות מוקפת, כמו קרינת מים נוזלית, וכן תקינים יותר ויותר, וכן תצורה מתקדמת יותר ויותר.

תפקיד הידרודינמיקה בביצוע FPV

כוחות הידרודינמיקה הפועלים על לוחות סולאריים צפים הם שונים ביסודם מאלה שנפגשו על ידי מערכות קרקעיות או גגות.פאנלים על מים כפופים לתנועה רציפה מגלים, זרמי מים ורוח.כוחות אלה יכולים לגרום לנטייה, רטט, ואפילו כישלון מבני אם לא כראוי בחשבון עבור.יתר על כן, הכיוון של הלוחות ביחס לשמש משפיע ישירות על אנרגיה לוכדת או בשל פעולות גלות יעילה של אנרגיה מתחדשת (על-ידי כך) הוא גורם משמעותי של השפעות אנרגיה מנבאת (למשל, ולכן, ולכן, השפעה משמעותית על עלויות אנרגיה).

פרמטרים הידרודינמיים מרכזיים כוללים גובה הגל, תקופה וכיוון; עומק מים ומהירות נוכחית; ואת המאפיינים של הפלטפורמה הצף, אפילו שינויים קטנים במשתנים אלה יכולים לשנות את התגובה הדינמית של המערך.לדוגמה, תקופות גל resonant יכול להגביר את לוח התנועה, גרימת נזק עייפות לחיבורים חשמליים וקודנים.

Fluid Dynamics ו- Ansys Fluent

דינמיקת נוזל Computational (CFD) מספקת מעבדה וירטואלית לחקר אינטראקציות נוזליות-מבנה. בין פותרי CFD הזמינים הרבים, Ansys Fluent בולטת ליכולות הרב-פיזיקה החזקות שלה, מודלים מתקדמים של זעזועים, ויכולת להתמודד עם ג'ממטים מורכבים. Fluent מאפשר למהנדסים לעצב את גוף המים, אוויר מעל, ופלטפורמת השמש צף כמו תחומים משניים, לפתור את משוואות נירוקים וזרימה לזרימה בין פני המים.

מדוע Ansys Fluent for Hydroדינמית Simulations

Ansys Fluent מציעה מספר תכונות שהופכות אותו מתאים במיוחד לניתוח הידרודינמיקה FPV.הנפח של נוזל (VOF) שיטה ללכוד במדויק את התפשטות הגל ואת עיוות פני השטח החופשי.המבנה של שישה מעלות של מישורים (6-DOF) פתרון מערכת אקולוגית צף כדי לעבור דינמי בתגובה לכוחות נוזלים, המאפשר סימולציה ריאלית של תנועה בנוסף, פלורנט של מודלים נרחבים של סוללות (F) לדגמי דיוקים סטנדרטיים סטנדרטיים (R)

המונחים: Floating Panel

ההתנהגות של מערך סולארי צף נשלטת על ידי כמה עקרונות פיזיים אינטראקציה. Buoyancy וכובד הכבידה לקבוע את המיקום של איזון של הפלטפורמה. כוחות הידרודינמיקה, כולל גרר, להרים, והוסיף אפקטים המוניים, נובעים מתנועה יחסית בין המבנה והמים. גלים מציגים וריאציות לחץ תקופתיות כי משבצות את התדרים הטבעיים של הפלטפורמה.

קביעת סימולציה הידרודינמית ב Ansys Fluent

בניית מודל CFD אמין דורש תשומת לב זהירה להכנות גיאומטריה, דור מרש, תנאי גבול והגדרות פתרון.התתתת הבאה מתארת את השלבים המרכזיים הכרוכים ביצירת סימולציה עבור מערך פאנל סולארי צף במאגר.

גאומטריה ודור מרש

הצעד הראשון הוא להגדיר את התחום חישובי: נפח הכולל את גוף המים, אזור האוויר, ואת המבנה הסולארי הצף. עבור יישום המאגר, התחום בדרך כלל מרחיב כמה אורכו אופייניים במעלה הזרם ולמטה הזרם של המערך כדי לאפשר התפתחות זרימה.הגאומטריה המצע הצף ניתן לפשט כדי ללכוד את התכונות הידרודינמיקה החיונית - צורה רחבת, ממדים מתוחים, ותמיכה - ללא עלות חישובית יעילה יותר של Ashm / מבודדת תאים ממונעים פחות מגובה על פני השטח הוא משוחררים ומאובטחים פחות מגובה עמוק בתוך שטח.

תנאים מורכבים ונכסים חומריים

תנאים מטושטשים חייבים לייצג את הסביבה של המאגר בפועל.הגדרות אופייניות כוללות מהירות בתוך הפנים הגיאומטריה (specifying מהירות הנוכחית וכיוון), לחץ יורד למטה הזרם עם ספיגת גל כדי למנוע השתקפות, מטוסים סימטריה או קירות על צדדים מאוחרים יותר, וגבול העליון עם לחץ אטמוספירי (pum) ו-pmine) חייב להיות מדגמי גל (למשל, cc-F3 / 007) עם תכונות מים (poc) ו-F) ו-F) של חומר צף (D2D) (D2D2D2D) ו-F.

בחירת טורבולנס

בחירת מודל לזעזוע משפיעה הן על הדיוק והן על זמן הריצה.עבור זרימת מספרים בינוניים של ריינולדס (הטיפי במאגרים), מודל k-epsilon האמיתי מציע פשרה טובה, לכידת זרמי Shear חינם ושכבות גבול סבירות.עבור תרחישים עם רטט חזק או זרימה של הפרדה סביב קצוות פאנל, הלחץ הרה (SST) kgaome הוא מעדיף אם דינמיקה מהירה יותר או ירידה של ניתוח סלולר (S) אם יש צורך גבוה יותר, אם יש צורך סימולציה או ירידה גבוהה יותר, אם כי הוא יעיל יותר, אם יש צורך סימולציה או ירידה של עלויות).

הגדרות Solver ו- Convergence

סימולציות של אנליסט מבוסס הלחץ במצב transient מתאים לסימולציות הידרודינמיות בלתי יציבות.PISO (עיתונות-Implicit עם פיצול של מפעילי) מטפלות בהפיכה בלחץ ביעילות עבור העברת בעיות mesh.A זמניות קבועות (מערכת מעקב אחר זמן קצר) מבטיח פירוק תנופה מדויקת של זמן קצר לאחר מכן צריך להיות פתרון מקסימלית עבור לוח זמנים קצר (פרק זמן) 1 - לוח זמנים קצר יותר (פרקטי) קריטריונים קבועים (פרק זמן קצר) כדי לספק את לוח זמנים קצר יותר) לוח זמנים קבוע (פרק זמן קצר) קריטריונים קבועים (טווח זמן קצר) 1 - 1 - 1 - 1 - לוח זמנים קבוע (פרקרטי) קריטריונים קבועים (פרקרטי) 1 - 1 - 1 - 1 - לוח זמנים קבוע) 1 - לוח זמנים קבוע) קריטריונים קבועים (פרקרטי) 1 - לוח זמנים קבוע (פרק זמן קצר) קריטריונים קבועים על לוח זמנים קצר) על לוח זמנים קצר יותר) עם לוח זמנים קצר יותר זמן קצר לאחר זמן קצר יותר זמן קצר לאחר זמן קצר יותר זמן קצר יותר זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר זמן קצר) כדי להבטיח קריטריונים קבועים על לוח זמנים קבוע (טווח זמן קצר) צריך להיות קבוע (פרקרטי)

המונחים: real-world Conditions

סימולציות הידרודינמיקה חייבות ללכוד את מגוון התנאים הסביבתיים שמערכת FPV תנסה במהלך חייו.זה כולל תנאים רגועים, רוחות בינוניות ואירועים קיצוניים סערה.דמיות טרנספורמטיביות נדרשות לפתרון דינמיקות עומס גלים, בעוד סימולציות מצב יציב ניתן להשתמש כדי להציג עיצובים ראשוניים.

Steady-state vs. Transient Analysis

סימולציה של מצב יציב (הפצה של תלות בזמן) שימושי להבנת דפוסי זרימה ממוצעים סביב מערך - כגון אזורי קיפאון, אזורי החלמה, וחלוקה בלחץ ממוצע - בחלק מהעלות החישובית. עם זאת, עומס הגל הוא חד משמעית עומס זמן תלוי. סימולציות טראנסנט הן הכרחיות ללכוד את הכוחות הניאקציה שמניעים את המהנדסים בדרך כלל למקרים טראנסים למשך 10 עד כהים לפחות כדי להשיג מחזורים סטאטים.

גלישת גלים ותגובה סטרקטיבית

טעינת גלים מאופיינת על ידי גובה הגל המשמעותי (Hs) ותקופת שיא (Tp) המתאים לאקלים הבאב והרוח של המאגר. ב Ansys Fluent, גלים סדירים או ספקטרום לא סדיר (JONSWAP, Pierson-Moskovich) ניתן להטיל את הסימולציה על ידי אופטימיזציה של זמן-varys, ורגעים על כל כף נתונים אלה ניתן להעריך כלי חשמל מדגם FEA) כדי לקבוע את הצמיגים כדי לדגום, כלומר, כלומר, כלומר, בנוסף לדגום, כלומר, כלומר, כדי להפחית את לוח זמנים של כוח תגובה של כוח תגובה של כוח תגובה של כוח תגובה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כדי להפחית את לוח זמנים של כוח תגובה של מחזור של מחזור של 6D של כוח תגובה, לחץ על ידי סמן, כלומר, כדי להפחית את לוח זמנים של כוח תגובה, כדי להפחית את לוח זמנים של כוח תגובה, כדי להפחית את לוח זמנים של כוח תגובה, לחץ על כל אחד, כלומר, כלומר, כלומר, כדי להפחית את לוח זמנים של כוח ורגעים, לחץ על כל אחד, כלומר, כדי להפחית את לוח זמנים של כוח ורגעים, כדי להפחית את לוח זמנים של כוח תגובה, כלומר, לחץ

רוח ואינטראקציה נוכחית

מאגרי אמיתי לעתים נדירות חווים מים לחלוטין.סביבה משולבת-רוח-עין היא מציאותית יותר. Ansys Fluent מאפשר הפיכה של מתח רוח Shear על פני המים באמצעות קיר נעים או פרופיל מוגדר למשתמש.הווה יכול להיות סופר-מכוס על שדה הגל כמרכיב מהירות נוסף.האינטראקציה בין פני השטח המונעים הרוח ותנועת מסלול גל יכולה להשפיע על מסלול המים סביב מערך הצפה, עלייה בעומס עשוי להזנחה של קו הסבך.

ניתוח תוצאות עבור אופטימיזציה יעילות

ברגע שהסימולציה מתאחדת, יש להטמיע את העושר של הנתונים בהמלצות עיצוביות בלתי ניתנות להפעלה.הניתוחים הבאים הם קריטיים לקידוד יעילות אנרגיה ועוצמה מבנית.

הבנת שדות לחץ ואלימות

מזימות של לחץ סטטי על פני השטח תת-קרקעיים לחשוף אזורים בעלי עומס גבוה, כגון הקצה המוביל של השורה הראשונה של צפים. Velocity ושדות להראות האצה בין לוחות, אשר יכול ליצור זרמים דמויי סילון אשר מגבירים את הגרור המקומי. על ידי זיהוי כתמים חמים אלה, מהנדסים יכולים להתאים את לוחיות, צורה, או אוריינטציה למזער התנגדות.

זיהוי סיכונים בלתי אפשריים

ניתן לנתח את לוחות הזמן של המגרש וגלגל באמצעות שינוי מהיר (FFT) כדי לזהות תדרים חוזרים.אם תדירות טבעית של הפלטפורמה הצף עולה בקנה אחד עם תדר הגל הדומיננטי, אווסציל הדגול עשוי להתרחש. אסטרטגיות מייגציה כוללות שינוי ההתפלגות ההמונית של הפלטפורמה (כדורים מצופים) או התאמת הסימולציות הנוקשות.

שיקולים ניהוליים

טמפרטורת פאנל משפיעה באופן משמעותי על יעילות חשמלית; תאים סולאריים הסיליקון לאבד כ 0.4-0.5% של כוח מדורג גבוה יותר מ 25 מעלות צלזיוס.אפקט הקירור של מים הוא יתרון ידוע של FPV, אבל הסביבה הידרודינמית יכולה לשנות העברת חום convective. סימולציות CFD יכול זוג משוואות אנרגיה כדי לחזות פני השטח כתפקוד של זרימת מים ותנאים אמפיריים יכול להודיע פאנל אופטימלי כדי לשפר את הגובה הפונקציונלי יותר.

אסטרטגיות אופטימיזציה מתוגמות על ידי CFD

חמוש עם תוצאות סימולציה מאומתות, מהנדסים יכולים להחליש על פרמטרים עיצוב כדי לשפר את הביצועים.אסטרטגיות אופטימיזציה הבאות נחקרות בדרך כלל באמצעות Ansys Fluent.

עיצוב מערכת העצבים והאנקינג

קווי מתפתל הם קריטיים לשמור על מערך בתוך טביעת הרגל המיועדת שלה ולמנוע נזק מסחף.ה-ApF של פלונט יכול לשלב את הכוחות הלינאריים או הלא לינאריים (למשל, כבלים קטנריים) כעומס חיצוני. Simulation מסייע לקבוע את מספר הדרוש, לחץ, ונוקשות של קווי הטעינה להגביל את העקירה מקסימלית מתחת לגלגלי מים קיצוניים.

לוח הזמנים Layout and Array Configuration

סידור לוחות בודדים בתוך מערך משפיע על הידרודינמיקה.דפוסים מעוקל לעתים קרובות להפחית את השתקפות הגל וגרור בהשוואה לרשתות תואמים.ג הפער בין לוחות משפיע על עומסי רוח וזרימת מים; פערים גדולים יותר להפחית את רוח השמש במעלה, אך עשוי להגדיל את גלי הגל על החלק התחתון. כפל-פרמטר FD מטר מחקרים יכול לזהות את המגרש האופטימלי, התכווט, ורד כדי להתחיל אנרגיה עם עומסים מבניים עם כמה מחקרים הראות עד 15 מעלות צלזיוס.30 יכול להפחית את השינויים.

בחירה חומרית עבור Durability

כוחות הידרודינמיקה גם מכתיבים דרישות חומריות לצפים, מחברים ומסגרות פאנל. פלטות סימום של לחץ מקומי ומתח Shear ניתן להשתמש כדי להעריך האם תקן HDPE צף או מחזקים את הכפוונים הבטניים הדרושים לאקלים גל מסוים.במאגרי מים מתוקים קורוזיים, חומרים חייבים גם להתנגד לביוטציה ושפל, אבל CFD מספק את הבסיס המכני לקבלת עובי והחלטות מהירות.

תוצאות חיפוש ויישומים בתעשייה

אימוץ אמיתי בעולם של עיצוב מונע CFD עבור FPV גדל. כמה פרויקטים בולטים להוכיח את הערך של ניתוח הידרודינמי.

פרויקט FPV

דוגמה בולטת אחת היא ה- 0 (Cirata Floating Solar FarmFLT) 1 באינדונזיה (192 MWp), שבו נעשה שימוש ב- Ansys Fluent לחזות עומסים ממורמרים בתנאי מונספון.המאגרים חווים תשואה משמעותית (מעל 20 ק"מ) וגל סימולציות של מטה-FD הוביל את בחירת מערכת ההיברידית משולבת של כבידה וערימות של 15:2 מעלות צלזיוס, בהשוואה לצמצום הסימולציות של תאים מוקדמים לצמצום של מדרגה ראשונה.

שיעורים נלמדים מהעיצוב CFD-Driven

שיעורים משותפים מיישומים אלה כוללים את החשיבות של כולל עומסי רוח וגל, את הרגישות של תוצאות לפתרון בייש על פני השטח החופשי, ואת הצורך סימולציות טרנספורמטיביות של לפחות 200 שניות כדי ללכוד קיצוניות משמעותיים סטטיסטית.בנוסף, הפיכה CFD עם מפתק מבני (FSI) חיוני לחיזוי עייפות במחברים.

אתגרים ומגבלות של הידרודינמיקה סימלו

למרות כוחו, סימולציה הידרודינמית באמצעות Ansys Fluent יש מגבלות.עלות חישובית של סימולציות טרנספורמטיביות גבוהה עם VOF ו 6-DOF יכול להיות אסרטיבי עבור מגוון גדול (מעל 1000 לוחות) סימולציות כגון ייצוגים בינוניים של מערך או מודלים בקנה מידה מופחת נדרשים לעתים קרובות.

כיוונים עתידיים במחקר FPV הידרודינמיקה

מחקרים מתקדמים נועדו להתגבר על המגבלות הנוכחיות. Machine Learning Holdings מאומן על נתונים גבוהים CFD נתונים יכול לחזות תנועות פאנל בזמן אמת, המאפשרות תאומים דיגיטליים עבור אופטימיזציה תפעולית.שיפור שיטות מעקב חופשיות ללא תשלום (למשל, רמת-set) משולבים בסימולציות מסחריות. - ריבוי מודלים כי אגן מחזורי מחזור עם דינמיות מקומיות הן גם בפיתוח, כמו פיתוח סטנדרטי של FGDicial, רק עבור מודלים מתקדמים יותר.

מסקנה

ניתוח הידרודינמי באמצעות Ansys Fluent הוא חיוני עבור אופטימיזציה של יעילות ועמידות של לוחות סולאריים צפים במאגרים. על ידי הדמיה של מערכת ההפעלה המורכבת של גלים, זרמים, רוח, ותנועה מבנית, מהנדסים יכולים לחדד מערכות מחוספס, הגדרות הפריסה, והבחירות החומריות כדי למקסם את התפוקה אנרגיה תוך צמצום הסיכון הנדסי גדול יותר.