1 前言
光伏板(阵列)上的风载荷是光伏发电系统设计过程中需要考虑的重要参数,其直接关系到光伏发电系统支架结构的选用和光伏板的疲劳寿命。今天,我们做一个简单的光伏板风载计算案例。
2模型与网格
如下的光伏板风载计算模型,光伏板尺寸为2.4m×7.2m(考虑多块光伏板连成一排),安装角度相对水平地面为25°,光伏板厚度60mm。参考cost-action-732导则,计算域需满足以下要求:流动上游入口距离光伏板最近不小于5H(H为光伏板最高点与地面的距离),流动下游出口距离光伏板最近不小于15H,顶部距离光伏板最高点不小于5H,两侧距离光伏板最近不小于5H。
本案例为了减少计算量,采用了二维平面模型,以上图的XZ平面投影为计算域,划分如下网格,对光伏板壁面附近网格进行细化。
3 求解设置
本案例采用SST k-ω湍流模型,尽量控制光伏板壁面的Y+接近1。
入口边界条件为速度入口,速度为17.5m,实际上应考虑大气边界层影响更为合适,而不是恒定值,湍流强度1%。出口为压力出口,表压0Pa。计算域底面设置为无滑移壁面。
其余面可设置为自由滑移壁面或者对称边界。
本案例要计算光伏板的阻力系数、升力系数和弯矩系数,因此参考值设置非常重要。参考面积设置为光伏板的上表面面积17.28m2(2.4×7.2m2),参考深度depth取7.2m(由三维问题转换为二维问题),参考长度取2.4m,参考速度取来流速度17.5m/s,物性参数取空气的参数。
4计算结果
首先看一下速度分布,光伏板下风向存在较大的低速区(回流区)。
再看一下压力分布,迎风面为正压,背风面为负压。
光伏板的阻力系数为0.517(受力为来流方向),升力系数为-1.023(受力为竖直方向),弯矩系数为0.119(以光伏板重心为弯矩中心,中心轴为重心上的垂直纸面的z轴)。
以上三个风载特性参数的结果与参考文献1对比如下
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