Έρευνα από το Ιράν αναδεικνύει τον καθοριστικό ρόλο της ταχύτητας και της κατεύθυνσης του ανέμου στην πρόσκρουση του χαλαζιού, καταδεικνύοντας ότι η βέλτιστη κλίση των πάνελ πρέπει να προσαρμόζεται στις τοπικές καιρικές συνθήκες
Ερευνητές στο Ιράν ανέπτυξαν ένα αριθμητικό μοντέλο για την αξιολόγηση της έντασης των προσκρούσεων χαλαζιού σε φωτοβολταϊκά πάνελ υπό διαφορετικές συνθήκες ανέμου και γωνίες κλίσης.
Διαπίστωσαν ότι ο κίνδυνος ζημιών από το χαλάζι εξαρτάται από την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου, καθώς και από τον προσανατολισμό των πάνελ, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι βέλτιστες γωνίες κλίσης για την προστασία από το χαλάζι πρέπει να καθορίζονται με βάση τις συνθήκες κάθε τοποθεσίας.
Ερευνητές στο Ιράν ανέπτυξαν ένα υπολογιστικό μοντέλο για την πρόβλεψη των τροχιών των κόκκων χαλαζιού και της έντασης των προσκρούσεών τους στα φωτοβολταϊκά πάνελ, υπό διαφορετικές συνθήκες ανέμου και γωνίες κλίσης των πάνελ.
Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου, καθώς και την αεροδυναμική συμπεριφορά του χαλαζιού, προκειμένου να αξιολογήσει τις πιθανές μηχανικές ζημιές στα φωτοβολταϊκά.
«Εξετάσαμε τις συνδυασμένες επιδράσεις της ταχύτητας του ανέμου, της κατεύθυνσής του, της αεροδυναμικής συμπεριφοράς των κόκκων χαλαζιού και της γωνίας κλίσης των φωτοβολταϊκών πάνελ», δήλωσε στο pv magazine ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Armin Hasanpour.
«Οι τροχιές υπολογίστηκαν λαμβάνοντας υπόψη τις βαρυτικές και αεροδυναμικές δυνάμεις και επιλύοντας τις εξισώσεις που διέπουν την κίνηση με τη μέθοδο Runge–Kutta τέταρτης τάξης».
Ο Hasanpour ανέφερε ότι στόχος της ερευνητικής ομάδας ήταν να αναπτύξει μαθηματικές σχέσεις και αριθμητικά εργαλεία για την πρόβλεψη των πιθανών ζημιών από χαλαζοπτώσεις.
«Τέτοιες ποσοτικές προσεγγίσεις θα μπορούσαν μελλοντικά να συμβάλουν στη δημιουργία βάσεων δεδομένων για τους κινδύνους από χαλάζι στα φωτοβολταϊκά, τις οποίες θα χρησιμοποιούν οι ασφαλιστικές εταιρείες, να υποστηρίξουν τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής στην αξιολόγηση των κινδύνων που σχετίζονται με το κλίμα και να βοηθήσουν τους σχεδιαστές να καθορίζουν καταλληλότερες γωνίες κλίσης των πάνελ με βάση τις τοπικές μετεωρολογικές συνθήκες», δήλωσε.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ως μελέτη περίπτωσης ένα φωτοβολταϊκό έργο ισχύος 3 MW στο Τακεστάν του Ιράν, αξιοποιώντας περιφερειακά μετεωρολογικά δεδομένα από το 2004 έως το 2024 για τον προσδιορισμό των τοπικών συνθηκών.
Ανέπτυξαν ένα αριθμητικό μοντέλο για την προσομοίωση σφαιρικών κόκκων χαλαζιού με διαμέτρους από 1 έως 10 εκατοστά, υπό ταχύτητες ανέμου από 1 έως 50 m/s, θεωρώντας σταθερές τις πυκνότητες του αέρα και του πάγου και αρχικό ύψος απελευθέρωσης 2.000 μέτρων.
Το μοντέλο ενσωμάτωσε τις βαρυτικές δυνάμεις και την αεροδυναμική αντίσταση, ενώ οι εξισώσεις που διέπουν την κίνηση επιλύθηκαν με τη μέθοδο Runge–Kutta τέταρτης τάξης. Οι ερευνητές συνέκριναν προσομοιώσεις που χρησιμοποιούσαν σταθερούς συντελεστές αντίστασης με εκείνες που βασίζονταν σε συντελεστές εξαρτώμενους από τον αριθμό Reynolds.
Στη συνέχεια, προέβαλαν τις υπολογισμένες ταχύτητες πρόσκρουσης στην κατεύθυνση που είναι κάθετη στην επιφάνεια των πάνελ, προκειμένου να προσδιορίσουν την κάθετη συνιστώσα της κινητικής ενέργειας. Η ανάλυση για τη συγκεκριμένη τοποθεσία συνέκρινε γωνίες κλίσης των πάνελ 25° και 30° υπό τέσσερα σενάρια ανέμου: 22,8 m/s από κατεύθυνση 350° και 24 m/s από κατευθύνσεις 200°, 350° και 360°.
Οι ερευνητές ανέπτυξαν επίσης ένα εννοιολογικό μοντέλο ζημιών, χρησιμοποιώντας ένα υποθετικό κρίσιμο όριο ενέργειας 2 J, προκειμένου να ταξινομήσουν τις προσκρούσεις και να απεικονίσουν πιθανές ρωγμές και βαθουλώματα. Επικύρωσαν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων συγκρίνοντάς τα με έναν θεωρητικό υπολογισμό της ενέργειας πρόσκρουσης προσαρμοσμένο στη γωνία.
«Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα ευρήματα ήταν η σημαντική επίδραση της κατεύθυνσης του ανέμου στις συνθήκες πρόσκρουσης των κόκκων χαλαζιού», δήλωσε ο Hasanpour.
«Η ταχύτητα του ανέμου από μόνη της δεν μπορεί να περιγράψει επαρκώς τη συμπεριφορά κατά την πρόσκρουση. Η αλληλεπίδραση μεταξύ της κατεύθυνσης και της ταχύτητας του ανέμου, καθώς και του προσανατολισμού των πάνελ, μπορεί να μεταβάλει σημαντικά τη γωνία και την κατανομή της ενέργειας μιας πρόσκρουσης».
Ο Hasanpour ανέφερε ότι ένα ακόμη σημαντικό εύρημα αφορούσε τον συντελεστή αεροδυναμικής αντίστασης. Για σχετικά μεγάλους κόκκους χαλαζιού, και ιδιαίτερα για εκείνους με διάμετρο 8 εκατοστά ή μεγαλύτερη, η παραδοχή ενός σταθερού συντελεστή αντίστασης θα μπορούσε να οδηγήσει σε αποκλίσεις έως και περίπου 14% σε σύγκριση με τους υπολογισμούς που χρησιμοποιούν μεταβλητό συντελεστή αντίστασης.
«Αυτό καταδεικνύει γιατί οι αεροδυναμικές παραδοχές πρέπει να εξετάζονται προσεκτικά κατά την ανάπτυξη μοντέλων πρόβλεψης», δήλωσε.
«Διαπιστώσαμε επίσης ότι η μεταβολή της γωνίας κλίσης των φωτοβολταϊκών πάνελ από 25° σε 30° επηρεάζει τα χαρακτηριστικά της πρόσκρουσης και τη συνιστώσα της κινητικής ενέργειας που ασκείται κάθετα στην επιφάνεια του πάνελ», κατέληξε ο Hasanpour.
«Αυτό υποδηλώνει ότι ο προσανατολισμός των πάνελ δεν πρέπει να επιλέγεται αποκλειστικά με βάση την ενεργειακή παραγωγή, αλλά πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και οι τοπικές συνθήκες χαλαζόπτωσης και οι πιθανοί κίνδυνοι ζημιών».
Οι ερευνητές παρουσίασαν τα ευρήματά τους στη μελέτη με τίτλο «Αριθμητική μοντελοποίηση και ανάλυση των επιπτώσεων των καιρικών συνθηκών στην ένταση των προσκρούσεων χαλαζιού και στις ζημιές σε φωτοβολταϊκά πάνελ», η οποία δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Sustainable Energy Technologies and Assessments. Στην ερευνητική ομάδα συμμετείχαν επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Shahrood στο Ιράν, την Radsun Energy Pars και την Asoo Vision Pardaz.
www.worldenergynews.gr
