本研究工作透過風洞實驗方法進行太陽光電板在初始傾斜角為 10°及波向角
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易通過，會於該處累積向上壓力，造成升力增加。
此外，在轉動時，整體系統之重心位置會影響轉動行為，進而影響流場之變 化。由於風洞實驗中未有水上浮台系統，而在數值模擬則是將水上浮台系統納入 考量，因此兩者重心位置不相同。再者，水上浮台系統的有無亦會影響整體的流 場行為。
圖 31 太陽光電板之風洞實驗及數值模擬之升力係數比較 5.9 太陽光電板表面壓力係數
本研究透過數值模擬方法，探討水上太陽光電板在不同波向角(0° ~ 180°，
每 45°為增值)、不同風向角(0° ~ 180°，每 45°為增值)於傾斜角 10°條件上、
下表面之壓力係數。為能便於本文說明，週期為 0 秒時為 0 π，15.1 秒時為 2 π。
5.9.1 風向角效應
由 Chou et al. (2014)研究成果，當風向角改變時，太陽光電板的表面壓力 分佈亦會随之改變。圖 32 為當週期為 1.5π 時，波向角為 0°時在不同風向角情 況下之表面壓力係數分佈圖。由圖可觀察到，當風向角為 0°時，太陽能光電板上 表面於前端產生明顯之負壓區，此為氣流接觸到太陽光電板後產生分離流 (separation flow) ，進而在太陽光電板上游處產生廻流泡(separation bubble) 之因素所致；此外，下表面之氣流沿長邊邊緣往上表面捲起，於相對應位置形成 角渦流(corner vorticities)，造成負壓力產生。而下表面因為迎風區，故承受 正壓力。
而當風向角改變時，太陽光電板之表面壓力係數分佈亦呈角度偏移。其中，
當風向角為 45°時，太陽光電板迎風前緣角落與風接觸後沿短軸形成圓椎型流 (conical vorticities)，形成一負壓區。下表面依然承受正壓力。當風向角轉 為 90°後，太陽光電板與風向平行，幾無承受壓力。當風向角為 135°時，太陽光 電板上表面開始轉成迎風向，開始承受正壓力；而下表面轉為背風向，開始產生
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負壓。其中在迎風角落處形成空穴區(flow cavity)，亦即該處流場呈停滯 (stagnation)現象, 故具有較大的負壓產生。而當風向為 180°時，太陽光電板 完全轉為迎風向，承受正壓力，下表面則是轉為背風向，產生負壓力。
β = 0° β = 45°
上表面 下表面 上表面 下表面
β = 90° β = 135°
上表面 下表面 上表面 下表面
β = 180°
上表面 下表面
圖 32 週期為 1.5π 時，波向角為 0°時在不同風向角情況下之表面壓力係數分布 圖
5.9.2 波向角效應
圖 33 為太陽能光電板在風向角 0°且週期為 1.5π時，不同波向角情況下的 表面壓力係數分佈圖。由圖可觀察到，在此條件下，太陽光電表面壓力板係數 的產生極微小的偏移或變化，幾可忽略其現象之產生。同樣的，由圖可觀察到 在太陽光電板高端迎風處，上表面同樣生成角渦流形成負壓區域。
圓錐型流
角渦流 空穴區
分離流
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γ = 0° γ = 45°
上表面 下表面 上表面 下表面
γ = 90° γ = 135°
上表面 下表面 上表面 下表面
γ = 180°
上表面 下表面
圖 33 週期為 1.5 π時，風向角為 0°時在不同波向角情況下之表面壓力係數分布 圖
圖 34 係風向角為 45°時且週期為 1.5 π情況下，不同波向角對於太陽光電 板的表面壓力係數分佈。由圖可觀察到，太陽光電板的表面壓力係數分佈呈現 不同的差異。觀察上表面的壓力係數分佈圖，可發現當波向角為 45°時，角渦 流所造成的負壓區最為明顯。其主要原因在於當風向角及波向角同方向，波向 角對於太陽光電板產生相對較大的傾斜角變化量，因此對於處於背風壓的上表 面而言，傾斜角增加則使負壓增大。而對於下表面而言，仍然係處於迎風面，
故承受正壓力。另由於太陽光電板同時具有 x-方向及 z-方向的轉動，因此造成 下表面的壓力係數分布在不同的週期下具有明顯的差異性。
γ = 0° γ = 45°
上表面 下表面 上表面 下表面
角渦流
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γ = 90° γ = 135°
上表面 下表面 上表面 下表面
γ = 180°
上表面 下表面
圖 34 週期為 1.5 π 時，風向角為 45°時在不同波向角情況下之表面壓力係數分 佈圖
5.9.3 升力係數
圖 35 為太陽光電板在初始角度為 10°時，各波向角在不同風向情況下之升 力係數圖。由圖 35 可觀察到，在不同的波向角情況下，太陽光電板的最大升力 皆發生於風向角為 0°時。由此可知，當風接觸到太陽光電板高端，上表面為背 風向的情況下所產生的負壓，為太陽光電板升力主要貢獻。而隨風向角增加，
太陽光電板的升力逐漸減少。當風向角大於 90°時，太陽光電板轉為承受下壓 力。其中最大下壓力發生於風向角為 180°之情況。另由 Su et. al (2018)研 究，當風向為 90°時，太陽光電板表面因為風向平行，故升力值極小。然在本 研究發現，當波向角為非 0°及 180°時，太陽光電板因有 x-方向及 z-方向的轉 動造成整體系統在同時間的條件下係呈三維的運動，因此在風向角 90°時太陽 光電板仍有受力之現象產生，但整體而言，太陽光電板於風向角為 90°時所產 生的受力現象仍小於其他條件之風向角。
γ = 0° γ = 45°
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γ = 90° γ = 135°
γ = 180°
圖 35 太陽光電板各波向角在不同風向情況下之升力係數圖
六、結論
本研究工作透過風洞實驗及數值模擬方法，探討水上太陽光電板在水上的 動態行為並進行穩定性探討，及在不同波向角、不同風向角等條件下，太陽光 電板表面壓力分布。由研究工作結果發現：
1. 藉由自由衰減試驗模擬及快速傅立葉轉換之結果，得知單板太陽光 電浮台之自然週期較小，顯示在高頻率的海域下浮台易發生共振現象，
於考量上可調整阻尼池大小或增加垂盪板之設計。
2. 藉由改變波高，固定風速條件下，探討波風同時作用之情境，波高 大小對浮台之穩定性影響，由結果發現波高對浮台之起伏振幅及俯仰 角度影響較為明顯，其原因為太陽光電浮台為重心低、幾何形狀貼近 水面之浮式結構，因此浮台將有隨波擺盪之運動行為。藉由改變風速，
固定波高條件下，探討波風同時作用之情境，風速大小對浮台之穩定
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108年度專題研究計畫成果彙整表
R.-Y. Yang, "Wind Loads on a Solar Panel at High Tilt Angles," Applied Sciences, vol. 9, no. 8, 2019.2. P.-H. Chung, C.-C. Chou, R.-Y.
Yang, and C.-Y. Chung, "Wind Loads on a PV Array," Applied Sciences, vol. 9, no. 12, 2019.
3. K.-C. Su, P.-H. Chung, and R.-Y.
Yang, "Numerical Simulation of Wind Loads on an offshore PV Panel: The Effect of Wave Angle," Journal of Mechanics, 2020. (Accepted)
研討會論文 0
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專任人員 0
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（無法以量化表達之成果如辦理學術活動
、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國 際影響力及其他協助產業技術發展之具體 效益事項等，請以文字敘述填列。）