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，利用基于計算流體力學(xué)（CFD）的積雪分布建模方法，對一種專為高山環(huán)境設(shè)計的光伏安裝結(jié)構(gòu)進行模擬，以建立減少積雪堆積的最佳設(shè)計實踐。

研究團隊針對奧地利工程公司 Ehoch2 開發(fā)的專利垂直光伏結(jié)構(gòu) Helioplant 進行了模型測試。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，旨在通過形態(tài)設(shè)計被動減少積雪在組件表面堆積。

“高山光伏系統(tǒng)在冬季展現(xiàn)出較強的發(fā)電潛力，這主要得益于積雪對太陽輻射的反射效應(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)計仍未完全確立，無論是小規(guī)模試點系統(tǒng)還是未來商業(yè)化的大型光伏場站。

因此，研究團隊選擇對 Helioplant 結(jié)構(gòu)展開重點分析。

為此，研究人員使用了基于 OpenFOAM 的雪輸運模擬器 Snowbedfoam，對積雪在風(fēng)力作用下的運動、堆積和漂移行為進行建模。這是該類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)計指南。

研究團隊結(jié)合模擬與實地觀測，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參數(shù)。分析結(jié)果提出了數(shù)項初步設(shè)計建議，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，可能會在結(jié)構(gòu)后方形成“無侵蝕積雪帶”，增加維護難度。

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)從小型試點擴展至商業(yè)規(guī)模時，將 CFD 模擬與小型試驗場測試結(jié)合具有重要意義。

Frischholz 補充稱，該研究方法并不局限于某一種光伏支架類型，研究團隊已對更多傳統(tǒng)行列式光伏陣列進行模擬，并將進一步研究積雪堆積模式與實際發(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。