背景

Mariano，來自意大利的 Altair 資深工程師，最近剛搬了新家的他喜歡邊喝咖啡邊欣賞窗外的風景 。每當這時，他的視線總會被鄰居家的屋頂吸引–上面安裝了太陽能電池板，包括太陽能板和光伏板，十分節能環保。于是他有了一個大膽的想法：

(資料圖)

如果太陽能面板也能像向日葵一樣自動追蹤太陽會怎樣呢？

尤其考慮到現在能源成本不斷增加，如果能夠精確量化太陽能追蹤系統，可以額外產生多少能量？這是一個很有意思的挑戰！

讓我們來一起看看他是否能成功吧~

解決方案

以下內容由Mariano使用第一人稱講述

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為了評估效益，我使用Altair Activate^?建立了一個模型，對比了分別使用固定面板、可變傾角面板（1軸驅動）和可變傾角及方向面板（2軸驅動）的場景。模型如下圖所示：

我住在都靈附近，計劃在我的下一棟房子里安裝光伏板（這也許就是為什么我總是被鄰居屋頂吸引的原因吧 ^_^）。在實驗過程中，我使用了都靈的年度日照數據，時間分辨率為5分鐘，數據來自Meteonorm數據庫，該數據庫提供了世界范圍內的輻射數據，我可以從中應用各向同性天空模型來計算傾斜面板上的太陽總輻照度。根據這些信息，考慮面板的表面及其效率，很容易估算發電量（也可由此估算能量）。

我只對一塊2平方米的光伏板進行了分析，效率為25%。相比目前約20%的平均效率，這是一個非常效率結果，但我的能源傳輸專家好友Alberto Piovan表示，目前生產的優質面板可能已經達到30%以上的效率。

固定面板處于最佳配置（考慮位置），因此朝向南方，傾斜角度為30度。模擬全年的運行時間耗時小于6秒（使用的最大時間步長為60秒），速度極快。下圖為發電量曲線。面板發電的峰值產量約為450 W。當我們放大時，圖表中的每個峰值代表一天，我們可以注意到，將面板的自由度從0（藍色）增加到1（紅色）和2（綠色），我們可以實現一天中更穩定的電能生產。

這將導致總能源產量的增加，從下圖可以看到，這一趨勢正確地表明，在今年第二和第三季度，當太陽輻射更強時，斜率更高。

根據標準工況（固定面板）評估年底的績效，結果表明，如果我們采取不同的面板，可以看到2種結果：

僅傾斜角度可變，能夠獲得大約12%的能量增加；

傾斜角度和定向角度都可調，能夠獲得大約49%的能量增加。

第一個選項沒有帶來很高的優勢（但此處的比較對象是與以最佳配置安裝的固定面板進行比較）。

第二個選項看起來更方便，但需要更高的投資來驅動雙軸系統。此外，它需要更多空間，根據當地政策，屋頂安裝可能存在問題。

考慮到我的新房子的屋頂已經有了最佳朝向，根據分析結果，我將放棄使用驅動面板的想法！

P.G. Loutzenhiser a,b,*, H. Manz a , C. Felsmann c , P.A. Strachan d , T. Frank a , G.M. Maxwell Empirical validation of models to compute solar irradiance on inclined surfaces for building energy simulation. Solar Energy 81 (2007) 254–267

價值

雖然Mariano放棄了驅動光伏面板追蹤太陽，但他的經歷告訴我們：

仿真模擬可以很容易實現擴展，可以根據具體的使用情況增加建筑物的電力消耗。

這有助于更好地確定所需面板的數量，還可對所有模塊進行成本分析，如面板成本、購買/出售能源的成本等。

如果各位也有類似有趣的奇思妙想，不妨通過仿真模擬一起探索吧！

關于Altair 澳汰爾

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