光伏组件运行于室外环境,其表面不可避免地存在灰尘沉积并遮挡太阳辐射,从而导致其光电转化效率和输出功率的降低。而光伏组件表面灰尘沉积受所处地理区域各种自然环境因素和安装参数因素的综合影响,呈现显著的地理区域差异性,使得在特定区域、特定环境条件下,考虑有限影响因素的光伏组件表面灰尘沉积研究结果及其应用具有一定地理区域局限性。为此,本文综合运用颗粒动力学、数值模拟和区域聚类等理论和技术,通过试验研究光伏组件表面灰尘沉积规律及其地理区域差异性,并将研究结论应用于光伏组件安装参数的优化设计。首先,研究灰尘颗粒沉积的判断准则和灰尘沉积的影响因素。应用颗粒动力学理论研究单个灰尘颗粒与接触面碰撞和粘附过程的力学行为,基于颗粒碰撞过程中的运动情况及能量耗散,引入颗粒-壁面的势阱深度来求解灰尘沉积在光伏组件表面的临界吸附速度,以此为条件,建立光伏组件表面灰尘沉积的判断准则。此外,采用故障树分析法对影响灰尘沉积的因素进行系统分析,将影响灰尘沉积的因素分为自然环境因素与安装参数因素。其次,三维数值模拟确定光伏组件表面的灰尘沉积率。根据组件所处的自然环境参数与安装参数,利用Fluent软件建立反映灰尘沉积判断准则的三维仿真模型并进行数值模拟,通过模拟可得到不同影响因素下光伏组件表面的灰尘沉积率,并将其应用于积灰条件下的发电量预测计算。通过实际案例,比较了光伏组件预测发电量与实际发电量之间的相对误差,对该方法进行了验证。再次,聚类研究确定灰尘沉积数值模拟结果的适用地理区域。基于灰尘沉积自然环境因素对中国大陆31个省级行政区进行地理区域聚类,可得到灰尘沉积影响因素及其影响程度最具一致性的9个地理区域类别。在同一聚类区域,通过三维数值模拟所确定的光伏组件表面灰尘沉积率则在该聚类区域具有一般性和普遍适用性。最后,将灰尘沉积三维数值模拟研究方法应用于光伏组件安装参数的优化。以福建、广东、广西、海南构成的聚类区域为应用研究对象,通过正交试验设计进行数值模拟,分析得到了该区域风速、相对湿度、温度和灰尘浓度、安装倾角和安装高度对灰尘沉积结果的影响情况。通过均匀试验设计,模拟计算了不同安装参数下的灰尘沉积率,以最大发电量为目标,可确定该区域内光伏组件的最佳安装角度为17°和安装高度为0.5m。论文基于颗粒动力学理论建立的光伏组件表面灰尘沉积判断准则,构建三维仿真模型并通过数值模拟得到不同影响因素综合作用下光伏组件表面的灰尘沉积率,再经聚类研究确定其适用的地理区域,研究结论可有效指导处于区域类别内的光伏组件安装参数的优化。