Ερευνητές στο Ινστιτούτο Fraunhofer για Συστήματα Ηλιακής Ενέργειας ανέπτυξαν έναν αλγόριθμο για τη βελτίωση των αποδόσεων σε αγροφωτοβολταϊκά συστήματα παρακολούθησης ηλιακής ενέργειας, περιορίζοντας παράλληλα τις απώλειες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Το αγρόκτημα φρούτων Vollmer στη Nότια Γερμανία κάνει διπλή χρήση της γης του με μια αγροφωτοβολταϊκή εγκατάσταση.
Κάτω από τις ηλιακές μονάδες, ο αγρότης καλλιεργεί μήλα και αχλάδια, ενώ παράλληλα παράγει ηλιακή ενέργεια.
Το σύστημα περιλαμβάνει 2 σταθερές συστοιχίες και ένα σύστημα παρακολούθησης που προσαρμόζει τις μονάδες ώστε να ακολουθούν την πορεία του ήλιου.
Συνολικά, η έκταση των 1,5 εκταρίων είναι εξοπλισμένη με 880 κιλοβάτ φωτοβολταϊκής ισχύος.
Τόσο οι μονάδες όσο και τα φρούτα από κάτω βασίζονται στον ίδιο πόρο (φως).
«Η σωστή ποσότητα φωτός είναι ζωτικής σημασίας για την υγεία και την παραγωγικότητα των μηλιών.
Το πολύ λίγο φως επιβραδύνει την ανάπτυξη, ενώ το πολύ φως μπορεί να προκαλέσει θερμικό στρες και ηλιακά εγκαύματα», λέει η Maddalena Bruno (υπεύθυνη έργου στο Fraunhofer ISE).
Βελτίωση φωτός για καλλιέργειες και ενέργεια
Καθώς η κλιματική αλλαγή φέρνει μεγαλύτερες περιόδους ηλιοφάνειας, η διαχείριση της διαθεσιμότητας φωτός γίνεται μεγαλύτερη πρόκληση.
Για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα, η Bruno και η ομάδα της έχουν αναπτύξει μια προσέγγιση που χρησιμοποιεί βελτιωμένη ηλιακή παρακολούθηση για να παρέχει στις μηλιές ακριβώς τη σωστή ποσότητα φωτός (αρκετή για να υποστηρίξει την υγιή ανάπτυξη, αλλά όχι τόσο πολύ που να οδηγεί σε ηλιακή βλάβη).
Διαφορά με άλλες μεθόδους
Οι προηγούμενες μέθοδοι συνήθως βασίζονται σε σταθερά επίπεδα σκίασης για την γεωργική περιοχή, αλλά αυτό είναι πολύ απλοϊκό: σε μια συννεφιασμένη μέρα, μια μείωση 25% στο φως είναι πολύ διαφορετική από την ίδια μείωση σε μια φωτεινή καλοκαιρινή μέρα.
Αντί να βασίζονται σε γενικές αναλογίες σκίασης, οι ερευνητές επικεντρώνονται σε επακριβώς καθορισμένες τιμές-στόχους για τη φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία (PAR).
Αυτές οι τιμές ορίζονται για κάθε στάδιο ανάπτυξης των δέντρων και προσαρμόζονται καθημερινά.
«Μόνο με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να διασφαλίσουμε ότι τα φυτά λαμβάνουν πάντα ακριβώς το φως που χρειάζονται, ανεξάρτητα από τον καιρό.
Το λογισμικό μας υπολογίζει τη βέλτιστη θέση της μονάδας κάθε μέρα και μάλιστα εκ των προτέρων, με βάση τα μετεωρολογικά δεδομένα και τις μικροκλιματικές μετρήσεις.
Σε αντίθεση με πολλά άλλα συστήματα, δεν ενεργοποιούμε ή απενεργοποιούμε απλώς την παρακολούθηση, αλλά χρησιμοποιούμε πραγματική μαθηματική βελτιστοποίηση», λέει η Bruno.
Προσομοίωση καιρικών συνθηκών
Για να το πετύχει αυτό, η Bruno και η ομάδα της ανέπτυξαν έναν αλγόριθμο, τον οποίο παρουσίασαν στο φετινό Παγκόσμιο Συνέδριο Agrivoltaics στο Φράιμπουργκ.
Ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί έξυπνη παρακολούθηση για να βελτιώσει την ευθυγράμμιση των ηλιακών μονάδων με βάση τις μετεωρολογικές προβλέψεις και τα μικροκλιματικά δεδομένα.
Προσομοιώνονται 5 τυπικά καιρικά σενάρια τα οποία μπορούν να συμβούν σε οποιονδήποτε μήνα της καλλιεργητικής περιόδου.
Αυτό επιτρέπει στον αλγόριθμο να ανταποκρίνεται ευέλικτα στις μεταβαλλόμενες συνθήκες χωρίς να απαιτεί υπερβολική υπολογιστική ισχύ. Αυτό είναι σημαντικό, καθώς ο καθημερινός επανυπολογισμός των μετεωρολογικών δεδομένων απαιτεί ιδιαίτερα πολλούς πόρους.
«Κάθε μέρα, εξετάζουμε την πρόγνωση καιρού για την επόμενη ημέρα και ορίζουμε την κατάλληλη στρατηγική παρακολούθησης», λέει η Bruno.
Με δεδομένα συνεχούς παρακολούθησης από τους εγκατεστημένους αισθητήρες, οι ερευνητές μπορούν να παρακολουθούν με ακρίβεια πώς εξελίσσεται το φως, η υγρασία του εδάφους και των φύλλων, καθώς και η θερμοκρασία σε ολόκληρη την περιοχή.
Για να δοκιμαστεί ο αλγόριθμος και να αξιολογηθεί ο αντίκτυπός του στα μήλα, ένα μέρος του συστήματος παρακολούθησης λειτουργούσε με βάση τις απαιτήσεις φωτισμού του καρπού.
Ένα άλλο τμήμα διαχειριζόταν, εστιάζοντας (όπως πριν) στη μεγιστοποίηση της ηλιακής απόδοσης.
Τα αποτελέσματα των δύο προσεγγίσεων συγκρίθηκαν στη συνέχεια με τις συνθήκες σε ένα οικόπεδο αναφοράς χωρίς καμία εγκατάσταση ηλιακής ενέργειας.
Ελπιδοφόρα αποτελέσματα και επόμενα βήματα
Τα αρχικά αποτελέσματα είναι πολλά υποσχόμενα.
«Με τη βελτιωμένη παρακολούθηση για μήλα, επιτυγχάνουμε περίπου το 90% της τιμής - στόχου φωτός για τα δέντρα, με μέγιστη μείωση στην απόδοση ηλεκτρικής ενέργειας μόλις 20%.
Αντίθετα, η συμβατική στρατηγική οπισθοδρόμησης παρέχει μόνο περίπου το 50% της επιθυμητής τιμής φωτός για τα μήλα. Αυτό καταδεικνύει ότι ο προσαρμοσμένος έλεγχος μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ισορροπία μεταξύ γεωργικής παραγωγής και παραγωγής ενέργειας» λέει η Maddalena Bruno.
Το επόμενο βήμα θα επικεντρωθεί στην ηλιακή ενέργεια.
Ο αλγόριθμος βελτιώνεται ώστε η στρατηγική παρακολούθησης να μπορεί να ευθυγραμμιστεί με την αγορά spot ηλεκτρικής ενέργειας.
www.worldenergynews.gr
