面臨的挑戰(zhàn)：
太陽能光伏電站的機械性能挑戰(zhàn)
太陽能電池板中沒有活動部件——這是其他類型發(fā)電系統(tǒng)可靠性問題的主要來源。因此，光伏組件的使用壽命很大程度上取決于其制造材料的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。然而，有幾種故障模式和退化機制可能會降低太陽能發(fā)電站的功率輸出或?qū)е陆M件和跟蹤器發(fā)生故障。故障的發(fā)生幾乎都受天氣影響或面板、支撐結(jié)構(gòu)上基于溫度的應(yīng)力有關(guān)：
1. 陣風(fēng)和風(fēng)暴造成的機械損壞 —— 這占美國因風(fēng)暴和颶風(fēng)而導(dǎo)致的太陽能發(fā)電站故障的 15% 左右
2. 由于太陽熱效應(yīng)，支撐結(jié)構(gòu)中的熱機械應(yīng)力和開裂
3. 太陽能電池板支架周圍的地面侵蝕、潛在的植被過度生長和鄰近結(jié)構(gòu)的陰影效應(yīng)
4. 灰塵、雪和碎屑堆積在太陽能電池板上，偶爾還會有冰雹損壞
5. 電路退化和電路短路
6. 功率逆變器/變壓器過熱和光伏火災(zāi)相關(guān)風(fēng)險
7. 進水對面板和跟蹤器的侵蝕和腐蝕
8. 野生動物（動物、鳥類甚至水生生物）對光伏電池板的損壞和污染。
所有這些因素都可能導(dǎo)致維護、停機和發(fā)電短缺。
圖1:Archidona設(shè)施建設(shè)和監(jiān)控中使用的幾種Hexagon技術(shù)
來自?？怂箍档慕鉀Q方案：
基于 CFD 的數(shù)字孿生-Archidona 太陽能電站
?？怂箍档?Cradle CFD 是世界上最現(xiàn)代的通用 CFD 軟件，它專注于多物理場，并與精度領(lǐng)先的計算機輔助工程軟件（如 MSC Nastran、Marc、Adams 和 Actran）相耦合，用于結(jié)構(gòu)、多體動力學(xué)和聲學(xué)模擬。我們希望將其應(yīng)用到太陽能發(fā)電站，以便生產(chǎn)出可運行的數(shù)字孿生設(shè)備，供運營商在現(xiàn)場使用。
圖2：通過掃描、地理空間和CFD模型創(chuàng)建一個太陽能發(fā)電站運行的數(shù)字孿生
為此，我們使用 Hexagon 地理空間和地理系統(tǒng)掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建了 Archidona 設(shè)施和鄰近山丘周圍景觀的完整模型（見圖 2）。這使我們能夠獲取真實世界的安裝數(shù)據(jù)（以及工程圖紙）和徠卡設(shè)備從實際太陽*掃描的數(shù)據(jù)，以創(chuàng)建非常準確的地形和光伏設(shè)備模型。
根據(jù)氣象數(shù)據(jù)，我們知道在Archidona地區(qū)的主要風(fēng)向在一年中的大部分時間都是 從西北-東南方向。然后利用?？怂箍?ODYSSEE CAE AI/ML 軟件進行一系列精確的 3D CFD 模擬，使它適用于風(fēng)速、風(fēng)向、面板垂直方向等條件，并創(chuàng)建強大的 0D 降階模型。
我們能夠確定，唯一值得關(guān)注的風(fēng)向是東風(fēng)它在太陽能發(fā)電站的東南部分附近顯示出復(fù)雜的再循環(huán)模式，并且它可以預(yù)測面板上的精確流體結(jié)構(gòu)效應(yīng)，以便采取相應(yīng)的行動。同樣，我們能夠使用 CFD 評估對傾斜地面站點（Archidona 2 傾斜 3 度）的太陽能電池板結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明，它具有最小的機械效應(yīng)。
如今，隨著太陽能電池板變得越來越大，越來越高，太陽能電池板就像巨大的帆。因此，強風(fēng)會抓住并扭曲它們，從而給面板造成巨大損壞。今年 8 月，桑迪亞國家實驗室和美國能源部報告稱，在過去 6 年中，估計有 15% 的面板損壞事件是由颶風(fēng)造成的，隨著氣候變化，颶風(fēng)的強度會逐漸增加。
令人驚訝感到驚訝的是，平均只有約 25% 的射入到太陽能電池板的太陽輻射被轉(zhuǎn)化為電能。其余的只是加熱面板，或者它會反射到大氣中。事實上，太陽能電池板會有過熱問題，隨著溫度升高，它們的發(fā)電能力開始下降。因此，讓太陽能電站運營商感興趣的是，如何使用當?shù)仫L(fēng)冷效應(yīng)來增加發(fā)電量的可能性。
圖 4：海克斯康太陽能農(nóng)場智能數(shù)字現(xiàn)實的運營數(shù)字孿生示意圖
同樣，Cradle CFD 支持網(wǎng)友在網(wǎng)站上進行大量此類“假設(shè)”分析，CFD 甚至可以幫助評估太陽能電池板在雨天傾斜的最佳角度，以便預(yù)算出，在每年下雨的西班牙西南部這個地區(qū)，平均 6 天就需要清洗一次電池板！圖 4 顯示了在西班牙創(chuàng)建的“?？怂箍颠\營數(shù)字孿生”示意圖，描述了與當?shù)靥鞖忸A(yù)報事件相關(guān)的電站操作員的工作流程：傳感 - 模擬 - 行動。能夠通過 Cradle CFD 和 Adams 進行多物理場流體-結(jié)構(gòu)-多體模擬，以表明超過 40° 傾斜的太陽能電池板，風(fēng)壓水平可能會影響其結(jié)構(gòu)安全。
事實證明，在太陽能電站的項目中，Cradle CFD 與Hexagon Xalt 技術(shù)相結(jié)合，操作員可以通過他們的 iPad 或 iPhone查看流體流動效應(yīng)和溫度場，實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的增強現(xiàn)實可視化。除了作為操作洞察力的強大工具外，它還可以用于培訓(xùn)場景。每個 3D Cradle CFD 模型場景通常需要大約 1 小時才能在多核 PC 上進行計算，但基于ODYSSEE中，只要有足夠的仿真樣本庫，即在不同天氣和操作條件的各種排列組合下，仿真模擬，生成樣本庫，就可以讓操作員在幾秒鐘內(nèi)運行各種不同的場景，而這些場景可能適用于特定日期的主要天氣情況（圖5）。 這是Hexagon Archidona 太陽能電站項目在提高設(shè)備性能和在特定日期采取必要措施方面最主要的成果之一。
圖5：Cradle CFD 模擬為0d AI/ML ROM 提供實時天氣預(yù)報
客戶簡介：
2021年初，?？怂箍敌汲闪⒁患倚碌淖庸荆琑-evolution，旨在通過使用?？怂箍地S富的軟件和硬件技術(shù)組合來加速世界向可持續(xù)全球經(jīng)濟的過渡，從而加快履行?？怂箍祵沙掷m(xù)發(fā)展的承諾。
R-evolution的任務(wù)是利用?？怂箍祻姶蟮募夹g(shù)資源和人才，專注于投資組合來助力可持續(xù)發(fā)展。在第一輪可持續(xù)投資浪潮中，R-evolution把大量的資金和技術(shù)投入到太陽能和風(fēng)能，以及生態(tài)監(jiān)測中。因此，我們有三個目標：
- 獲得建造、擁有和運營可再生能源電場的一手經(jīng)驗。- 將這些設(shè)施用作?？怂箍低暾漠a(chǎn)品組合創(chuàng)新平臺
- 產(chǎn)生可再生能源現(xiàn)金流并將我們的設(shè)施作為P&L業(yè)務(wù)運營，盡早實現(xiàn)盈利。我們相信我們可以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展并能盈利。
?？怂箍档?nbsp;R-evolution 子公司在短短四個多月內(nèi)就在西班牙Archidona創(chuàng)建、調(diào)試并開始運營其第一個太陽能電站。通過使用?？怂箍档挠布蛙浖O(jiān)控解決方案（包括可視化平臺和傳感器）將數(shù)據(jù)助力工作，從而提高太陽能電站的效率。采用?？怂箍档?nbsp;Cradle CFD 和 Adams MBD 仿真工具來模擬太陽能場的熱、流體和結(jié)構(gòu)效應(yīng)，以實現(xiàn)整個太陽能電站的智能數(shù)字化，可以遠程和智能監(jiān)控以檢測太陽能電池板異常、改善維護、協(xié)助檢查和應(yīng)對日常氣象條件。目標是讓 Archidona 成為世界上最智能、最高效的太陽能發(fā)電站，能夠預(yù)測潛在的破壞性影響，例如風(fēng)和過熱，并能夠抵御這些影響。
通過將電站的可操作“數(shù)字孿生”模型與實時監(jiān)控和天氣預(yù)報相結(jié)合，電場的操作員可以預(yù)測并將如何對環(huán)境條件做出反應(yīng)，準確指示何時以及如何進行正確的操作調(diào)整，以防止任何損壞，同時保持大量的發(fā)電業(yè)務(wù)。
海克斯康具有獨特的優(yōu)勢，可以為可持續(xù)發(fā)展應(yīng)用提供數(shù)字和傳感器解決方案。在 Archidona，我們已經(jīng)能夠使用基于 AI 的降階建模來操作模擬，并將其與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)相結(jié)合，生成可用于優(yōu)化設(shè)備運營的可操作數(shù)字孿生。使用所有可用的模擬和傳感器數(shù)據(jù)來為太陽能電站提高性能，為太陽能電站業(yè)務(wù)決策提供供需和資產(chǎn)管理的信息。
光伏電站今天在很大程度上是智能運行的，?？怂箍导夹g(shù)使用數(shù)據(jù)驅(qū)動的系統(tǒng)來控制太陽能電站的更多功能，我們相信?？怂箍导夹g(shù)將來能加速這一轉(zhuǎn)變。?？怂箍悼沙掷m(xù)發(fā)展使命專注于將虛擬和真實數(shù)據(jù)用于提高可再生能源設(shè)備的效率、生產(chǎn)力和質(zhì)量，并為減輕自然資源枯竭和浪費提供解決方案。
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