由臺灣(wan)科技大學(xue)科學(xue)家領(ling)導的(de)一(yi)個研(yan)(yan)究小組對浮式光伏（FPV）系統在不(bu)同(tong)風速和湍流(liu)強度下(xia)的(de)氣(qi)動性能進行(xing)了研(yan)(yan)究，并通(tong)過材料優化發現了節約成本的(de)機(ji)會。

“本研(yan)(yan)究對(dui)(dui)一(yi)個按比例縮小的(de)(de)(de)海(hai)上浮(fu)式(shi)光(guang)伏(fu)系統(tong)進行了(le)(le)詳細的(de)(de)(de)風洞研(yan)(yan)究，為理解(jie)該(gai)系統(tong)的(de)(de)(de)單一(yi)島式(shi)和(he)陣列式(shi)配置在(zai)不同(tong)風況(kuang)和(he)湍流強度下(xia)的(de)(de)(de)氣(qi)動特征提供了(le)(le)關鍵見解(jie)，”該(gai)研(yan)(yan)究小組表示，“研(yan)(yan)究著(zhu)重(zhong)強調，風致阻力和(he)升力會對(dui)(dui)海(hai)上浮(fu)式(shi)光(guang)伏(fu)系統(tong)結構完整性(xing)產生(sheng)重(zhong)大影響，尤其(qi)是在(zai)颶(ju)風等極(ji)端海(hai)況(kuang)場景(jing)下(xia)。”

單(dan)一島式(shi)和陣列(lie)式(shi)配置均以1/50的比例模型制造。該島是(shi)指一個(ge)裝有(you)16塊(kuai)光(guang)伏(fu)面板的浮動單(dan)元(yuan)，其尺寸為(wei)長19.5cm、寬9.5cm、高3.8cm。

單(dan)一島(dao)式(shi)配(pei)置(zhi)被用作(zuo)(zuo)衡量不同受力的基準，而(er)陣列式(shi)配(pei)置(zhi)則(ze)被設計用于研究多個(ge)光(guang)伏(fu)單(dan)元之(zhi)間的相互作(zuo)(zuo)用效應(ying)。更具體(ti)而(er)言，后(hou)者以3×5的排列方(fang)式(shi)包含15個(ge)單(dan)一島(dao)式(shi)模型，覆蓋(gai)了一個(ge)60cm x 60cm的水平區(qu)域。

實驗結果

“研(yan)究小組在(zai)(zai)受控風(feng)(feng)洞(dong)環(huan)境(jing)中對海(hai)上(shang)浮式光伏系統模型(xing)進(jin)行了測試。風(feng)(feng)洞(dong)的測試段寬(kuan)度為(wei)(wei)(wei)2.2m，高度為(wei)(wei)(wei)1.8m，長度為(wei)(wei)(wei)12.0m，光伏面板(ban)陣(zhen)列式模型(xing)放置在(zai)(zai)測試段轉(zhuan)盤的中心，轉(zhuan)盤直徑為(wei)(wei)(wei)3m，距離入口4.5m，”學者(zhe)們解釋稱，“為(wei)(wei)(wei)模擬真實(shi)的海(hai)上(shang)風(feng)(feng)況，在(zai)(zai)端板(ban)前(qian)緣(yuan)上(shang)游1.8m和2.0m處放置網格，以產生(sheng)兩種湍流強度。”

每個單個模型(xing)上(shang)都設(she)有56個壓力(li)測(ce)點，用于數據采(cai)集。這些孔經(jing)過精心放置(zhi)，所受到的(de)壓力(li)通過鋼管(guan)傳遞到丙烯酸盤(pan)上(shang)，然后(hou)通過塑料軟管(guan)傳遞到壓力(li)掃描筏(fa)上(shang)。風壓測(ce)量的(de)采(cai)樣時間設(she)置(zhi)為(wei)5分鐘，采(cai)樣頻(pin)率設(she)置(zhi)為(wei)每秒300次。

實(shi)驗測試表明，阻力(li)系數分布(bu)和風(feng)壓(ya)對光伏系統的(de)影(ying)響會(hui)(hui)隨進風(feng)角(jiao)(jiao)(jiao)度的(de)不同而變(bian)化(hua)。“正壓(ya)和負壓(ya)會(hui)(hui)產生(sheng)力(li)偶(ou)，影(ying)響面板的(de)旋轉，”研究小組強調(diao)，“在(zai)較(jiao)小的(de)風(feng)角(jiao)(jiao)(jiao)下(xia)，湍(tuan)流(liu)造成的(de)擾(rao)動更強，尤(you)其是(shi)在(zai)迎風(feng)面上(shang)，而較(jiao)大的(de)風(feng)角(jiao)(jiao)(jiao)會(hui)(hui)減少擾(rao)動和吸(xi)力(li)效應。總體(ti)而言，風(feng)壓(ya)在(zai)較(jiao)小風(feng)角(jiao)(jiao)(jiao)下(xia)變(bian)化(hua)顯(xian)著，并隨風(feng)角(jiao)(jiao)(jiao)的(de)增加(jia)而減小。”

更具體而(er)(er)言，當(dang)進(jin)(jin)(jin)風(feng)(feng)角(jiao)度(du)(du)為(wei)(wei)0°和(he)(he)30°時(shi)，頂(ding)部受到的負壓(ya)和(he)(he)底部受到的正壓(ya)會(hui)增加阻力(li)(li)(li)，湍流(liu)會(hui)進(jin)(jin)(jin)一步放大這(zhe)種阻力(li)(li)(li)。當(dang)進(jin)(jin)(jin)風(feng)(feng)角(jiao)度(du)(du)為(wei)(wei)60°時(shi)，由于壓(ya)力(li)(li)(li)重(zhong)新分布，阻力(li)(li)(li)略有增加；而(er)(er)當(dang)進(jin)(jin)(jin)風(feng)(feng)角(jiao)度(du)(du)為(wei)(wei)90°時(shi)，壓(ya)力(li)(li)(li)平衡會(hui)降低阻力(li)(li)(li)。“同樣，當(dang)進(jin)(jin)(jin)風(feng)(feng)角(jiao)度(du)(du)為(wei)(wei)0°時(shi)，升(sheng)(sheng)力(li)(li)(li)較小(xiao)；當(dang)進(jin)(jin)(jin)風(feng)(feng)角(jiao)度(du)(du)為(wei)(wei)30°時(shi)，升(sheng)(sheng)力(li)(li)(li)會(hui)隨(sui)湍流(liu)而(er)(er)增加；當(dang)進(jin)(jin)(jin)風(feng)(feng)角(jiao)度(du)(du)為(wei)(wei)60°時(shi)，升(sheng)(sheng)力(li)(li)(li)達(da)到峰(feng)值；當(dang)進(jin)(jin)(jin)風(feng)(feng)角(jiao)度(du)(du)為(wei)(wei)90°時(shi)，即使在湍流(liu)條件(jian)下，升(sheng)(sheng)力(li)(li)(li)也(ye)會(hui)再次減小(xiao)，”他們補充道。

經濟評估

研究小(xiao)組還發現，湍流(liu)(liu)會(hui)(hui)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)平均(jun)風(feng)力(li)系數(shu)（該系數(shu)用于(yu)描述作用在面板上的風(feng)力(li)大(da)小(xiao)）。結果(guo)顯(xian)示(shi)，與(yu)較(jiao)(jiao)低(di)湍流(liu)(liu)相比，上游較(jiao)(jiao)高湍流(liu)(liu)會(hui)(hui)使該系數(shu)降(jiang)低(di)了70%至80%。“較(jiao)(jiao)小(xiao)的風(feng)角(jiao)會(hui)(hui)受到更(geng)強的風(feng)擾動(dong)，而(er)湍流(liu)(liu)會(hui)(hui)放大(da)這種(zhong)擾動(dong)。湍流(liu)(liu)會(hui)(hui)增加(jia)整體風(feng)荷載和(he)風(feng)角(jiao)之間的可變性，從而(er)影響氣(qi)動(dong)力(li)，”研究人員強調。

在經濟性方(fang)面，研究小組比(bi)較了在光伏系統中(zhong)經常用于(yu)支撐(cheng)太陽能電(dian)池(chi)陣列的兩種聚乙(yi)(yi)(yi)烯材料——高密(mi)度(du)聚乙(yi)(yi)(yi)烯（HDPE）和(he)中(zhong)密(mi)度(du)聚乙(yi)(yi)(yi)烯（MDPE）。雖然前(qian)者(zhe)因其強度(du)而被更廣泛使用，但后者(zhe)是一種更具(ju)成(cheng)本效益的替代方(fang)案。

“在阻力和(he)升(sheng)力較小的(de)中(zhong)心(xin)區(qu)域，用中(zhong)密(mi)度(du)(du)聚乙烯(xi)(xi)替代高密(mi)度(du)(du)聚乙烯(xi)(xi)可以將系統(tong)成(cheng)(cheng)本降低10.2%，”該研(yan)(yan)究(jiu)小組(zu)表示，“這(zhe)種替代可平衡材料強度(du)(du)和(he)成(cheng)(cheng)本，使更大規模的(de)浮(fu)式(shi)光(guang)伏系統(tong)更具(ju)經(jing)濟性和(he)效率(lv)。” 研(yan)(yan)究(jiu)結果(guo)發表在《Energy Nexus》期刊(kan)的(de)“風力在不同湍流強度(du)(du)下(xia)對浮(fu)式(shi)光(guang)伏系統(tong)太陽能電(dian)池板陣列(lie)之影響的(de)實驗研(yan)(yan)究(jiu)與經(jing)濟評(ping)估”一文(wen)中(zhong)。除了(le)臺灣(wan)科技大學的(de)研(yan)(yan)究(jiu)人員外，臺灣(wan)工業技術研(yan)(yan)究(jiu)院的(de)研(yan)(yan)究(jiu)人員也參(can)與了(le)本項研(yan)(yan)究(jiu)。