由台湾科技大学科学家领导的一个研究小组对浮式光伏（FPV）系统在不同风速和湍流强度下的气动性能进行了研究，并通过材料优化发现了节约成本的机会。
“本研究对一个按比例缩小的海上浮式光伏系统进行了详细的风洞研究，为理解该系统的单一岛式和阵列式配置在不同风况和湍流强度下的气动特征提供了关键见解，”该研究小组表示，“研究着重强调，风致阻力和升力会对海上浮式光伏系统结构完整性产生重大影响，尤其是在飓风等极端海况场景下。”
单一岛式和阵列式配置均以1/50的比例模型制造。该岛是指一个装有16块光伏面板的浮动单元，其尺寸为长19.5cm、宽9.5cm、高3.8cm。
单一岛式配置被用作衡量不同受力的基准，而阵列式配置则被设计用于研究多个光伏单元之间的相互作用效应。更具体而言，后者以3×5的排列方式包含15个单一岛式模型，覆盖了一个60cm x 60cm的水平区域。
实验结果
“研究小组在受控风洞环境中对海上浮式光伏系统模型进行了测试。风洞的测试段宽度为2.2m，高度为1.8m，长度为12.0m，光伏面板阵列式模型放置在测试段转盘的中心，转盘直径为3m，距离入口4.5m，”学者们解释称，“为模拟真实的海上风况，在端板前缘上游1.8m和2.0m处放置网格，以产生两种湍流强度。”
每个单个模型上都设有56个压力测点，用于数据采集。这些孔经过精心放置，所受到的压力通过钢管传递到丙烯酸盘上，然后通过塑料软管传递到压力扫描筏上。风压测量的采样时间设置为5分钟，采样频率设置为每秒300次。
实验测试表明，阻力系数分布和风压对光伏系统的影响会随进风角度的不同而变化。“正压和负压会产生力偶，影响面板的旋转，”研究小组强调，“在较小的风角下，湍流造成的扰动更强，尤其是在迎风面上，而较大的风角会减少扰动和吸力效应。总体而言，风压在较小风角下变化显著，并随风角的增加而减小。”
更具体而言，当进风角度为0°和30°时，顶部受到的负压和底部受到的正压会增加阻力，湍流会进一步放大这种阻力。当进风角度为60°时，由于压力重新分布，阻力略有增加；而当进风角度为90°时，压力平衡会降低阻力。“同样，当进风角度为0°时，升力较小；当进风角度为30°时，升力会随湍流而增加；当进风角度为60°时，升力达到峰值；当进风角度为90°时，即使在湍流条件下，升力也会再次减小，”他们补充道。
经济评估
研究小组还发现，湍流会显著降低平均风力系数（该系数用于描述作用在面板上的风力大小）。结果显示，与较低湍流相比，上游较高湍流会使该系数降低了70%至80%。“较小的风角会受到更强的风扰动，而湍流会放大这种扰动。湍流会增加整体风荷载和风角之间的可变性，从而影响气动力，”研究人员强调。
在经济性方面，研究小组比较了在光伏系统中经常用于支撑太阳能电池阵列的两种聚乙烯材料——高密度聚乙烯（HDPE）和中密度聚乙烯（MDPE）。虽然前者因其强度而被更广泛使用，但后者是一种更具成本效益的替代方案。
“在阻力和升力较小的中心区域，用中密度聚乙烯替代高密度聚乙烯可以将系统成本降低10.2%，”该研究小组表示，“这种替代可平衡材料强度和成本，使更大规模的浮式光伏系统更具经济性和效率。” 研究结果发表在《Energy Nexus》期刊的“风力在不同湍流强度下对浮式光伏系统太阳能电池板阵列之影响的实验研究与经济评估”一文中。除了台湾科技大学的研究人员外，台湾工业技术研究院的研究人员也参与了本项研究。
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