使用Fluent和Mechanical对太阳能光伏面板及组件结构进行流固耦合仿真及优化

作为光伏发电最为重要的设备，光伏面板及组件的市场竞争越来越激烈。光伏面板在实际使用过程中，不同的地区所受的太阳照射强度不一、常年的季风风向和角度不一，导致光伏面板及组件需要在应对不同地区的工作条件时确保可靠性和稳定性。Ansys 流固耦合方案可以完美地满足该产品研发的仿真需求。

客户简介

通威太阳能是中国 500 强企业通威集团有限公司旗下品牌，深度切入太阳能发电核心产品的研发、制造和推广。目前电池年产能超过 90GW，连续 7 年成为全球产能规模和出货量最大，盈利能力最强的太阳能电池企业。产业包括高纯晶硅、太阳能电池、高效组件和渔光一体等。组件形成了五大技术优势，具有更低的工作温度、优越的载荷能力、更高的转换效率、优异的弱光性能、卓越的抗 PID 能力。目前借助 Ansys 继续扩大组件的技术优势，保证市场的领先地位。

通威产品介绍：中国南京龙袍20MW项目

 挑战和需求

通威太阳能在光伏组件产品开发过程中，光伏面板在不同地区收到的太阳辐射不同，导致了面板温度的不确定。

由于光伏项目通常在光照较好的空旷地区，所以面板组件通常受到较强的风力影响，这对组件支撑结构的受力变形提出了较高要求。

通过仿真模拟手段对不同材料、不同组件结构进行虚拟实验，获得满足标准强度要求的产品方案。

解决方案

通威太阳能组件部门通过 Ansys Fluent 对光伏面板及组件进行流场模拟，得到某地区光照和风力条件下的温度场、速度场分布，获得了面板组件的温度分布、风压载荷。

几何模型

单板风场流线

在 Ansys Workbench 仿真平台中，通过 Ansys Mechanical 与 Fluent 耦合，分析了在光照、风载、自重等多重影响下的光伏组件结构强度，得到了不同方案对应的结构应力、变形等。

通过模拟结果与实验对比，减少实际产品开发中的实验次数，加速开发周期，节约开发成本。

面板及组件应变

相关 Ansys 软件

• Ansys Mechanical

• Ansys Fluent

• HPC

最终成果

利用 Ansys 结构流体仿真软件，我们在组件产品开发中对新产品的不同材料和不同结构进行方案的评估和虚拟测试，筛选出最优方案。通过模拟与实验对比结果，确定了我们内部的仿真流程和标准，在新产品开发中利用模拟替代实验，节约了风洞实验成本数十万，缩短 20%的产品研发周期。