Исследователи из Технического университета Делфта смоделировали различные морские плавучие фотоэлектрические конструкции, чтобы определить параметры конструкции, влияющие на устойчивость и урожайность.
Используя мультифизическую структуру, объединяющую механические и оптоэлектрические свойства морских плавучих фотоэлектрических систем, исследователи из Технического университета Делфта в Нидерландах исследовали структурные нагрузки, испытываемые различными плавучими фотоэлектрическими конструкциями, и связанные с ними потери электроэнергии.
«Моделирование, подобное тому, что мы провели, проливает свет на то, какие конфигурации будут работать лучше всего, прежде чем внедрять их в пилотную систему», — сказала соавтор Альба Альканьис Мойя. журнал о пвподчеркнув, что модель позволяет проводить такие вещи, как испытания на усталость, экстремальные нагрузки и анализ жизненного цикла платформы, «не все из которых легко достижимы на физической испытательной платформе».
«В конечном итоге разработка такой структуры позволит нам разработать цифрового двойника платформы», — сказала она.
Было исследовано несколько конфигураций поплавков, в том числе одиночные большие поплавки и несколько маленьких поплавков, соединенных свободными шарнирами. Для расчета урожайности были приняты во внимание структурные проектные решения, а также волновые движения и погодные условия, такие как сильный ветер, освещенность и оптоэлектронные характеристики. Оптоэлектрическая формула была реализована численно на Python с использованием инструмента моделирования PVLIB-Python, созданного Национальной лабораторией Сандия.
Результаты выявили компромисс в конструкции по количеству поплавков. Уменьшенное количество поплавков, по-видимому, вызывает меньшее движение фотоэлектрического модуля и обеспечивает более высокую эффективность, в то время как большее количество поплавков приводит к меньшему упругому напряжению для получения более прочной конструкции.
«Большее количество поплавков повышает устойчивость системы, поскольку напряжение распределяется между ними, а петли обеспечивают большую гибкость движения. Однако такая гибкость перемещения заставляет модули двигаться больше, что увеличивает потери из-за несоответствия мощности», — объясняет Альканьис Мойя. «Этот компромисс дает нам возможность определить оптимальный баланс для каждой локации. Кроме того, наше исследование предоставляет нам инструменты и информацию, необходимые для определения этой идеальной конфигурации. »
Команда отметила влияние структурных свойств на потери из-за несоответствия мощности в различных сценариях. «Мы наблюдаем, что модуль Юнга материала влияет только на более длинные поплавки, где доминирует упругая реакция», — сказала она. «И наоборот, изменения в коэффициенте заполнения поперечного сечения влияют на более короткие поплавки, где преобладает реакция жесткого тела. Толщина поплавковой балки оказывает наиболее существенное влияние на различную длину поплавка. »
Результаты сценариев с 25 и 50 поплавками показали доминирующую упругую реакцию при малой толщине поплавка и реакцию твердого тела при большой толщине поплавка. «В результате более тонкий поплавок привел к меньшим потерям из-за несоответствия из-за повышенной устойчивости гидроупругого отклика. Аналогичная тенденция наблюдалась при изменении степени наполнения, где низкая степень наполнения приводила к меньшим потерям из-за несоответствия мощности из-за гидроупругого отклика. 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 более низкой жесткостью на изгиб», — говорят исследователи.
«Самым удивительным для меня результатом было то, что потери из-за дисбаланса мощности, вызванного волнами, оказались не такими высокими, как я ожидал», — сказал Альканьис Мойя. «Я представил модули плавучей системы, постоянно движущиеся под воздействием волн, каждый из которых имеет разную ориентацию. Ожидается, что это приведет к огромным потерям из-за дисбаланса власти. Однако результаты показали относительно небольшие потери из-за дисбаланса мощности. »
В заключение группа подчеркнула «симбиоз» между солнечной энергией и морской ветровой энергией. «Выбор большого количества маленьких поплавков приводит к переходу от упругого к жесткому отклику тела, что приводит к минимальным упругим напряжениям. К счастью, самые высокие потери из-за несоответствия происходят в солнечные и ветреные дни зимой, то есть в периоды низкой продуктивности. Это снижение производства может быть компенсировано ветряными турбинами, способствуя симбиозу между двумя морскими возобновляемыми источниками энергии», — сказал он.
Подробности исследования были опубликованы в «Структурный анализ и потери мощности на плавучей солнечной платформе в морской среде», опубликованный в Прикладная энергия.
Исследователи заявили, что основное внимание будет уделено 3D-анализу, изучению плавучих фотоэлектрических платформ неправильной формы и взаимодействию с причальными линиями. «Кроме того, будет разработана гидроупругая модель для учета нелинейности океанских волн и структурной реакции. Также интересно исследовать альтернативные места и различные плавучие структуры, такие как мембраны», — отметили они.
Этот контент защищен авторским правом и не может быть повторно использован. Если вы хотите сотрудничать с нами и повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].
