瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）與瑞士聯(lián)邦雪崩與雪研究所（SLF）的研究人員，利用基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的積雪分布建模方法，對(duì)一種專(zhuān)為高山環(huán)境設(shè)計(jì)的光伏安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，以建立減少積雪堆積的最佳設(shè)計(jì)實(shí)踐。

研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)奧地利工程公司 Ehoch2 開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利垂直光伏結(jié)構(gòu) Helioplant 進(jìn)行了模型測(cè)試。該結(jié)構(gòu)采用十字形承載框架，并配置四翼式光伏板組合，旨在通過(guò)形態(tài)設(shè)計(jì)被動(dòng)減少積雪在組件表面堆積。

“高山光伏系統(tǒng)在冬季展現(xiàn)出較強(qiáng)的發(fā)電潛力，這主要得益于積雪對(duì)太陽(yáng)輻射的反射效應(yīng)，”論文共同作者 Océane Hames 向 pv magazine 表示，“但積雪覆蓋或掩埋組件也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電損失甚至造成損害?！?

另一位共同作者 Yael Frischholz 表示，目前高山地區(qū)光伏系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)仍未完全確立，無(wú)論是小規(guī)模試點(diǎn)系統(tǒng)還是未來(lái)商業(yè)化的大型光伏場(chǎng)站。

因此，研究團(tuán)隊(duì)選擇對(duì) Helioplant 結(jié)構(gòu)展開(kāi)重點(diǎn)分析。

為此，研究人員使用了基于 OpenFOAM 的雪輸運(yùn)模擬器 Snowbedfoam，對(duì)積雪在風(fēng)力作用下的運(yùn)動(dòng)、堆積和漂移行為進(jìn)行建模。這是該類(lèi)模型首次被用于光伏組件結(jié)構(gòu)的詳細(xì)積雪分析。

Hames 表示，此次模型敏感性分析的目標(biāo)是為光伏系統(tǒng)規(guī)劃者提供可直接采用的設(shè)計(jì)指南。

研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合模擬與實(shí)地觀測(cè)，考察了組件方位角、離地高度、陣列間距、分組規(guī)模和整體排列方式等多項(xiàng)參數(shù)。分析結(jié)果提出了數(shù)項(xiàng)初步設(shè)計(jì)建議，包括：

• 組件離地高度應(yīng)大于 0.6 米，以減少積雪淤積；
• 組件陣列方向應(yīng)盡量與主導(dǎo)風(fēng)向保持平行，即盡可能接近 0°；
• 若采用 45° 等傾角布置，可能會(huì)在結(jié)構(gòu)后方形成“無(wú)侵蝕積雪帶”，增加維護(hù)難度。

研究成果發(fā)表于《Cold Regions Science and Technology》期刊。論文結(jié)論指出，在將光伏系統(tǒng)從小型試點(diǎn)擴(kuò)展至商業(yè)規(guī)模時(shí)，將 CFD 模擬與小型試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)合具有重要意義。

Frischholz 補(bǔ)充稱，該研究方法并不局限于某一種光伏支架類(lèi)型，研究團(tuán)隊(duì)已對(duì)更多傳統(tǒng)行列式光伏陣列進(jìn)行模擬，并將進(jìn)一步研究積雪堆積模式與實(shí)際發(fā)電損失之間的定量關(guān)聯(lián)，以及在復(fù)雜山地地形上的模型拓展。