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太阳能光伏阵列风载荷影响因素研究

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摘要

图表清单

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 光伏板风载荷研究方法

1.2.1 基于风洞实验

1.2.2 实地勘测

1.2.3 数值风洞模拟

1.3 光伏板风荷载研究现状

1.3.1 国外光伏板风荷载研究现状

1.3.2 国内光伏板风荷载研究现状

1.4 课题主要内容

2 计算流体力学基本原理与建模方法

2.1 计算流体力学简介

2.2 计算流体力学基本方程

2.2.1 流体力学的质量守恒方程

2.2.2 流体力学的动量守恒方程

2.2.3 流体力学能量守恒方程

2.3 光伏板阵列建模方法研究

2.3.1 计算域的选择

2.3.2 计算域网格的划分

2.3.3 边界条件设定

2.4 本章小结

3 二维光伏阵列风载荷研究

3.1 建立相关模型

3.2 光伏板长度不同对风载荷的影响

3.3 光伏板安装角度不同对风载荷的影响

3.4 光伏板厚度不同对风载荷的影响

3.5 压力系数Cp

3.6 数值仿真结果与经验公式比较

3.6.1 风载荷计算公式

3.6.2 光伏板长度变化

3.6.3 光伏板安装角度变化

3.6.4 光伏板厚度变化

3.7 光伏板升力和阻力变化图

3.7.1 不同长度光伏板的升力和阻力变化

3.7.2 不同安装倾角下的升力和阻力变化

3.7.3 不同厚度光伏板的升力和阻力变化

3.8 本章小结

4 三维光伏阵列风载荷仿真与分析

4.1 分析中使用的软件

4.2 数值分析模型建立

4.2.1 模型尺寸

4.2.2 建立的模型空间分布与网格划分

4.2.3 边界条件设置与湍流模型选择

4.3 光伏阵列风载荷仿真结果

4.4 三维光伏阵列速度流线图

4.5 三维光伏阵列压力云图

4.5.1 光伏阵列(3×3)的压力云图

4.5.2 光伏阵列(2×2)的压力云图

4.5.3 光伏阵列(1×3)、(1×2)的压力云图

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

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摘要

太阳能光伏发电过程简单、总量丰富,不仅适合于大规模的太阳能发电站,也适用于个人用户,对于远离电站的偏远地区来说非常实用。影响光伏板使用寿命的因素有很多,其中风载荷是影响光伏板设计使用寿命的主要因素,因此在光伏板设计和安装过程中风载荷是一个重要的参考标准。
  本文通过计算流体力学软件对光伏板的风载荷进行仿真计算,分析各个因素对光伏板风载荷的影响规律。首先对单个光伏板风载荷影响因素研究,分别对不同长度(0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m)、不同安装角度(按照5°为间隔,分别选取5°、10°、15°、20°、25°)、不同厚度(30mm、40mm、50mm)的光伏板进行仿真计算。通过流场结果可以分析出:(1)光伏板的厚度分别取30mm、40mm、50mm,光伏板受到的风载荷最大值为140.04N,最小值为138.03,它们之间差值仅2.01N,这说明光伏板厚度对于风载荷的影响很小。(2)光伏板的长度值为0.5,背风面漩涡影响区域高度在-0.2m~0.3m之间,当光伏板的长度值为2.5m,背风面漩涡影响区域高度在-0.2m~1.2m之间,光伏板长度值不同对计算域中流场影响很大。(3)5°时板背风面受影响的区域的高度值范围只达到-0.2m到0.8m之间,25°时板的背风面受影响的区域的高度值范围达到-0.5m到2.0m之间,受到负压影响的范围明显增大。安装角度对光伏板风载荷有很大影响。
  对三维光伏板阵列仿真分析,研究涉及到的光伏板阵列有光伏阵列(1×1)、光伏阵列(1×2)、光伏阵列(1×3)、光伏阵列(2×2)、光伏阵列(3×3)、光伏阵列(4×4)六种。本文通过对不同厚度光伏板风载荷的压力云图、速度流线、数据统计表格的比较,可以看出:光伏阵列(3×3)中第一排光伏板的风载荷取值最大分别为127.55N、121.46N、127.31N,第二排光伏板风载荷分别为第一排光伏板风载荷的21.67%、18.49%、21.35%,第三排光伏板风载荷比第一排光伏板风载荷的41.48%、32.81%、40.76%,光伏板迎风面受力最大,风载荷呈现高低高的趋势分布,板子越靠近中心部分受到的风载荷越小,第三排由于扰流的影响数值要比第二排的大。本文通过数据分析找出对光伏板风载荷与各个影响因素之间的关系,为以后光伏板的设计风载荷和使用寿命研究提供参考。

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