Neuartiges modulares Design für schwimmende Offshore-Photovoltaikplattformen

Forscher aus China und den Vereinigten Staaten haben eine neuartige modulare schwimmende Photovoltaiklösung (FPV) vorgeschlagen, um das Verhalten mehrerer miteinander verbundener Module auf See unter kombinierten Wind- und Wellenbedingungen zu bewerten. Das Team, dem Wissenschaftler der Dalian University of Technology und der University of Maine angehörten, analysierte verschiedene Arten von festen und gelenkigen FPV-Systemen, um mögliche Optimierungsmethoden zu ermitteln.

„FPVs“, heißt es in der Studie, „sind komplexe Mehrkörpersysteme, die gekoppelten Wind-, Wellen-, Strömungs- und anderen multiphysikalischen Feldern ausgesetzt sind. Daher ist die Entwicklung robuster technischer Methoden und Modelle für den Entwurf von FPV-Systemen für Offshore-Umgebungen erforderlich.“ von größter Bedeutung.

Die Analyse ergab, dass die kinematische Reaktion mit zunehmender Anzahl der Module ausgeprägter wurde, wobei die Neigungsreaktion der 2 x 2-Plattform bei den untersuchten Konfigurationen am stärksten war. Das Team stellte außerdem fest, dass die durch die Scharnierverbindung erzeugte zusätzliche Bewegung zu einer „nicht vernachlässigbaren“ dynamischen Reaktion des Mehrkörper-FPV-Systems führte, während das System mit fester Verbindung keine signifikante dynamische Reaktion zeigte. Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass die Verankerungsspannung in Systemen mit gelenkigen Verbindungen größer war als in Systemen mit festen Verbindungen.

In dieser Studie stellte das Team ein neuartiges modulares Design für die FPV-Plattform vor, das das Konzept einer halbtauchbaren Offshore-Technikplattform beinhaltet. Dabei kommt ein röhrenförmiges Verankerungssystem zum Einsatz, das auf Kurven basiert und üblicherweise zum Verankern von Brücken, Schiffen und Offshore-Plattformen verwendet wird. Die hydrodynamische Gesamtleistung und die Verhaltensmerkmale verschiedener Arten von FPV-Plattformen wurden mithilfe einer Frequenzbereichsanalyse an einem Offshore-Standort in der chinesischen Provinz Shandong bewertet.

Die Forscher bauten die FPV-Plattform aus einem zylindrischen Ponton und einer Wellenplatte. Über den Pontons installierten sie Solarpanele auf Stahlträgern mit einer Neigung von 10 Grad, wobei jeder Träger mindestens 250 Kilowatt Leistung pro Plattform lieferte. Sie untersuchten das Bewegungsverhalten der verankerten Einzel-, 2 x 2- und 3 x 3-FPV-Systeme unter extremen Bedingungen.

„Die Stabilität der FPV-Plattformen“, so die Forscher, „ist von entscheidender Bedeutung, um den Verlust elektrischer Versorgungseinrichtungen durch Kentern zu verhindern und Schäden an den Übertragungskabeln zu minimieren.“ Die Gestaltung der Verankerung ist daher entscheidend, um das dynamische Verhalten von FPV-Systemen abzuschwächen.

Die Studie betont, dass das Wellenverhalten durch das Verhältnis von Masse zu Steifigkeit beeinflusst wird. Die Forscher fanden heraus, dass ein 2 x 2 FPV-System am stärksten auf die Welle reagiert, wenn das Wellental genau dort liegt, wo die beiden Module zusammentreffen und die Module eine V-Form haben. Das Hinzufügen einer dritten Modulreihe trug jedoch dazu bei, die Relativbewegung zu reduzieren, sodass die „maximale Nickbewegung der 3 x 3-Plattform“ geringer war als die maximale Nickbewegung der 2 x 2-Plattform.

Basierend auf ihrer Analyse empfiehlt das Team, Mehrkörper-FPV-Systeme in einem Winkel von mindestens 15 Grad zu montieren, um Bewegungen und strukturelle Reaktionen zu reduzieren.

Die Ergebnisse des Teams werden im Forschungsbericht „Assessment of the Dynamic Behavior of Multi-Connected Offshore Floating Photovoltaic Systems Under Combined Wave-Wind Loading: A Comprehensive Numerical Analysis“ veröffentlicht, der in Sustainable Horizons erschienen ist.

„Das Festmachersystem kann optimiert werden, um die Leistung weiter zu verbessern und das Bewegungsverhalten der Plattform zu reduzieren. Eine solche Optimierung kann zu Kosteneinsparungen führen und das Gesamtsystem wirtschaftlicher machen“, schließt das Team.