На многих солнечных электростанциях солнечные панели оснащают поворотными механизмами (трекерами), которые позволяют отслеживать движение солнца и таким образом вырабатывать на 10-30 процентов больше энергии в сравнении с неподвижными панелями. Однако, солнечные трекеры подвержены повреждениям от сильных порывов ветра.
Даже когда солнечные панели размещены в горизонтальном положении, при определенной скорости ветра они начинают колебаться с угловой амплитудой до 20 градусов.
По заказу компании NEXTracker и ряда других изготовителей солнечных трекеров, компания CPP Wind Engineering (CPP) выполнила моделирование влияния ветра на солнечные панели с целью предотвращения их повреждения.
Проведя серию расчетов в ANSYS Fluent и испытаний в аэродинамической трубе, им удалось выяснить, что причиной поломок трекеров являются завихрения в потоке. Затем были определены условия эксплуатации и конструктивные изменения, необходимые для предотвращения повреждений солнечных трекеров.
Результаты расчетов показали, что колебания солнечной панели вызваны завихрениями потока
Поскольку такое моделирование в компании CPP выполнялось впервые, каждый проведенный расчет нуждался в экспериментальном подтверждении.
Хотя испытания в аэродинамической трубе и не раскрыли механизм, лежащий в основе колебаний, они помогли воссоздать их, что позволило использовать полученные данные для корректировки и проверки построенных компьютерных моделей. После этого расчет на финальной валидированной модели показал, что основной причиной колебаний солнечной панели были завихрения потока за панелью.
Моделирование потоков воздуха вокруг вращающейся солнечной панели.
Компания CPP определила, что при сильном ветре над передней кромкой панели образовывается вихрь, который создаёт момент и поднимает переднюю кромку вверх. При срыве вихря момент исчезает, и панель опускается ниже первоначального положения. Затем в нижней части панели формируется второй вихрь, который тянет её вниз. При его срыве панель снова поднимается вверх. Этот цикл повторяется по кругу, пока нарастающие колебания не повредят панель.
Определив основной механизм возникновения колебаний, компания CPP разработала рекомендации и предложила конструктивные изменения, необходимые для устранения проблемы, о которых вы можете прочесть в статье Catching the Sun (на английском языке).
Подробнее о том, как увеличить срок службы солнечных панелей, читайте в статье: Preserving the Life of Solar Power Inverters (на английском языке).
Источник: www.ansys.soften.com.ua
