Wind design of solar panels for resilient and green communities: CFD with machine learning

计算流体力学 光伏系统 可再生能源 风速 海洋工程 环境科学 建筑CFD 计算机科学 气象学 模拟 航空航天工程 工程类 电气工程 物理
作者
Aly Mousaad Aly,John Clarke
出处
期刊:Sustainable Cities and Society [Elsevier BV]
卷期号:94: 104529-104529 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.scs.2023.104529
摘要

Climate change mitigation and adaptation in urban environments call for more reliance on clean energy sources. Large photovoltaic (PV) systems have been enjoying renewed interest in clean and renewable energy. However, designing resilient PV systems faces an increased risk due to windstorms. Whether wind loads on PV systems are well understood, properly accounted for, and the damage is mitigated are crucial questions. While computational fluid dynamics (CFD) is proven effective for quantifying wind loads on structures, accurate and affordable computations are challenging. In this paper, we employ CFD approaches and machine learning (ML) to obtain the design wind loads on solar panels. We validate the CFD simulations using experimental data and compare the results with the standard practice. Our findings suggest that experimentally validated CFD simulations can yield different results from the standard practice. Additionally, we recommend stowing solar panels at a -15° angle during wind events to reduce damage. CFD simulations are then employed to train an ML model to predict velocity and pressure distributions around a solar panel. The study demonstrates that integrating ML and CFD can significantly speed up simulations (up to 10,000 times faster) without sacrificing accuracy. Efficient designs can shape the future of PV systems and contribute to climate change adaptation and mitigation for improved disaster resilience and circular economy policies.
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