Исследователи из Делфтского технического университета смоделировали ряд плавучих фотоэлектрических конструкций, чтобы выявить конструктивные параметры, влияющие на долговечность и производительность.
Используя мультифизическую структуру, которая объединяет механические и оптоэлектрические свойства морских плавучих фотоэлектрических систем, исследователи из Технического университета Делфта в Нидерландах изучили структурные нагрузки, испытываемые различными плавучими фотоэлектрическими системами, и связанные с ними потери электроэнергии.
«Моделирования, подобные тем, что мы провели, проливают свет на то, какие конфигурации будут работать лучше всего, прежде чем внедрять их в пилотную систему», — сказал автор-корреспондент Альба Альканьис Мойя. журнал pvотметив, что модель позволяет проводить такие испытания на усталость, экстремальные нагрузки и анализ жизненного цикла платформы, «все это нелегко осуществить на физической испытательной платформе».
«Наконец, разработка такой структуры позволяет нам создать цифрового двойника платформы», — сказала она.
Были рассмотрены несколько конфигураций поплавков, включая отдельные большие поплавки и несколько маленьких поплавков, соединенных свободными шарнирами. Были введены решения по структурному проектированию, а также движения волн и погодные условия, такие как сильный ветер, освещенность и оптоэлектронные характеристики для расчета урожайности. Оптоэлектрическая формулировка была численно реализована в Python с использованием инструмента моделирования PVLIB-Python, разработанного Sandia National Laboratory.
Результаты выявили компромисс между конструкцией и количеством поплавков. Меньшее количество поплавков, по-видимому, вызывало меньшее движение фотоэлектрических элементов и достигало лучшей производительности, тогда как большее количество поплавков, как правило, допускало меньшее упругое напряжение для достижения более прочной структуры.
«Больше поплавков повышают устойчивость системы, поскольку натяжение распределяется между ними, а шарниры обеспечивают большую гибкость движения. Однако эта гибкость движения заставляет модули двигаться больше, увеличивая потери из-за несоответствия мощности», — пояснил Альканьис Мойя. «Этот компромисс дает нам возможность определить оптимальный баланс для каждого местоположения. Кроме того, наше исследование снабжает нас инструментами и знаниями, необходимыми для определения этой идеальной установки».
Команда отметила влияние структурных свойств на потери из-за несоответствия мощности в различных сценариях. «Наблюдается, что модуль Юнга материала оказывает влияние только на более длинные поплавки, где доминирует упругая реакция», — говорится в сообщении. «Наоборот, изменения в коэффициенте заполнения поперечного сечения влияют на более короткие поплавки, где преобладает реакция жесткого тела. Толщина балки поплавка оказывает наиболее существенное влияние на различные длины поплавков».
Результаты сценариев с 25 и 50 поплавками показали упругую доминирующую реакцию для малой толщины поплавка и реакцию жесткого тела для большой толщины поплавка. «В результате этого более тонкий поплавок привел к меньшим потерям несоответствия из-за дополнительной упругости от гидроупругого ответа. Подобная тенденция наблюдалась при изменении коэффициента заполнения, где низкий коэффициент заполнения обеспечивал меньшие потери несоответствия мощности из-за гидроупругого ответа. Таким образом, сценарий с низкими потерями несоответствия мощности может быть достигнут либо с помощью одного длинного поплавка с высокой жесткостью на изгиб, либо с помощью нескольких маленьких поплавков с меньшей жесткостью на изгиб», — говорят исследователи.
«Самым удивительным результатом для меня стало то, что потери из-за несоответствия мощности, вызванные волнами, оказались не такими высокими, как я ожидал», — сказал Альканьис Мойя. «Я представил себе модули плавучей системы, постоянно движущиеся из-за волн, каждый с разной ориентацией. Это должно было создавать огромные потери из-за несоответствия мощности. Однако результаты показали относительно небольшие потери из-за несоответствия мощности».
В заключительных замечаниях группа подчеркнула «симбиоз» между офшорной солнечной и офшорной ветровой энергией. «Выбор большого количества небольших поплавков приводит к переходу от упругой реакции к реакции жесткого тела, что приводит к минимальным упругим напряжениям. К счастью, самые высокие потери от несоответствия происходят в солнечные ветреные зимние дни, следовательно, в периоды низкой генерации. Эта низкая генерация может быть компенсирована ветряными турбинами, способствуя симбиозу между двумя офшорными возобновляемыми источниками энергии», — говорится в нем.
Подробности исследования были опубликованы в «Структурный анализ и потери мощности на плавучей солнечной платформе в оффшорной среде», опубликовано в Прикладная энергетика.
Заглядывая вперед, исследователи заявили, что основное внимание будет уделено 3D-анализу, изучению плавучих фотоэлектрических платформ неправильной формы и взаимодействию с швартовными линиями. «Кроме того, будет разработана гидроупругая модель для учета нелинейности океанских волн и структурного отклика. Исследование альтернативных мест и различных плавучих структур, таких как мембраны, также имеет смысл», — отметили они.
Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, пожалуйста, свяжитесь с: editors@pv-magazine.com.
