Как уберечь солнечные панели в горах? Швейцарские учёные нашли способ борьбы со снегонакоплением

Учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и Института изучения снега и лавин WSL изучили проблему накопления снега на фотоэлектрических (PV) системах в высокогорных районах.

В зимний период солнечные установки в горах могут эффективно вырабатывать электроэнергию благодаря отражению света от снега. Однако скопление снега создаёт серьёзные эксплуатационные трудности. Оно не только перекрывает доступ света к панелям, но и повышает риск механических повреждений оборудования. Кроме того, снежные частицы загрязняют поверхности PV‑систем. В результате в заснеженных регионах выработка электроэнергии зимой может снижаться вплоть до 100 %. На величину потерь влияют климатические условия, конструктивные особенности системы, угол наклона модулей, их высота над землёй и взаимное расположение. Если снег скапливается под модулями и достигает их нижнего края, самоочищение становится невозможным — остаётся ждать таяния.

Для анализа процессов снегонакопления исследователи использовали компьютерное моделирование с программным пакетом Snowbedfoam (эйлерово‑лагранжево‑эйлеровский решатель на базе OpenFOAM), а также проводили полевые наблюдения на испытательном полигоне. Snowbedfoam позволяет детально воспроизводить процессы переноса и осаждения снега. Ранее подобные модели к фотоэлектрическим конструкциям не применялись. В ходе анализа учитывались азимут установки, высота над уровнем земли, расстояние между модулями, размер группы элементов и ориентация конструкций.

Объектом исследования стала вертикальная система фотоэлектрических рам Helioplant (разработка австрийской компании Ehoch2). Конструкция представляет собой крестообразную раму с четырьмя солнечными модулями. Предполагается, что такая схема способствует пассивному отводу осадков и снижает накопление снега.

Результаты моделирования и полевых наблюдений позволили выработать практические рекомендации. Расстояние между модулями и поверхностью земли следует делать более 0,6 м — это уменьшает скопление снега. Конструкции целесообразно размещать по направлению преобладающих ветров, чтобы не допускать образования зон застоя снега. Наиболее подходящими считаются участки, где ветер дует перпендикулярно или в противоположном направлении относительно модулей.

Исследование показало, что сочетание CFD‑моделирования (вычислительной гидродинамики) с натурными испытаниями даёт надёжные результаты. При этом методика применима не только к системе Helioplant, но и к другим типам монтажа PV‑систем.

В дальнейшем авторы планируют совместить модели снегонакопления с расчётами выработки электроэнергии для более точного прогнозирования энергетических потерь. Также предполагается распространить анализ на сложные и неровные альпийские ландшафты.

Источник: interestingengineering.com