Agri-PV: система управления трекером балансирует урожайность сельскохозяйственных культур и солнечной энергии

Фруктовая ферма Фольмер в Оберкирх-Нусбахе, Баден-Вюртемберг, использует свои пахотные земли дважды с помощью агрофотоэлектрической системы. Под модулями фермер выращивает яблоки и груши, одновременно собирая солнечную энергию. Система состоит из двух стационарных модулей и системы слежения, которая отслеживает движение солнца. На участке площадью 1,5 гектара установлены фотоэлектрические системы общей мощностью 880 киловатт.

Но модулям и плодам под ними нужен один и тот же ресурс: свет. «Правильное количество света критически важно для здоровья и продуктивности яблонь», — объясняет Маддалена Бруно, руководитель проекта в Институте исследований имени Фраунгофера. «Слишком мало света тормозит рост, а слишком много может привести к тепловому стрессу и солнечным ожогам». Особенно в условиях изменения климата, когда продолжительность солнечного сияния постоянно увеличивается, управление световым потоком становится сложной задачей.

Подписчики нашего журнала получают самые интересные статьи, иллюстрации и досье. Ещё нет подписки? Узнайте обо всех наших предложениях прямо сейчас и получите конкурентное преимущество.

Создайте оптимальные условия освещения

Поэтому она и её команда разработали подход для оптимального отслеживания солнечных панелей, который гарантирует, что яблоки получают ровно столько света, сколько необходимо для здорового роста, и одновременно защищает их от чрезмерного воздействия солнца. Ранее применявшиеся подходы обычно предполагали полное затенение сельскохозяйственных угодий. Однако этого недостаточно: 25-процентное снижение солнечного света в пасмурный день имеет совершенно иной эффект, чем в ясный летний день.

определенные требования к освещению для яблок

Поэтому исследователи полагаются не на сплошное затенение, а на точно определённые целевые значения так называемой фотосинтетически активной радиации (ФАР). Эти значения устанавливаются индивидуально для каждой стадии развития деревьев и корректируются ежедневно. «Только так мы можем гарантировать, что растения всегда будут получать именно столько света, сколько им необходимо, независимо от погоды», — объясняет Маддален Бруно, обосновывая свой подход. «Наше программное обеспечение ежедневно заранее рассчитывает оптимальное положение модуля, основываясь на метеорологических данных и микроклиматических измерениях», — поясняет она. «В отличие от многих других систем, мы не просто включаем и выключаем функцию отслеживания — мы проводим настоящую математическую оптимизацию».

Центр информации о фруктах тестирует эффективность агрофотоэлектрических систем

Имитация погодных условий

Для этого она и её команда разработали алгоритм, который она представила на Всемирной конференции по агровольтаике во Фрайбурге в этом году. Благодаря интеллектуальному отслеживанию этот алгоритм оптимально выравнивает солнечные модули на основе прогнозов погоды и микроклимата. Для этого моделируются пять типичных погодных условий, которые могут возникнуть в каждом месяце вегетационного периода. Это позволяет алгоритму реагировать на любую ситуацию, не требуя огромных вычислительных мощностей, поскольку ежедневный пересчёт погодных данных требует очень больших вычислительных ресурсов. «Мы каждый день проверяем прогноз погоды на следующий день и корректируем соответствующую стратегию отслеживания», — объясняет Маддалена Бруно.

Затем данные анализируются. Используя данные мониторинга, непрерывно получаемые с установленных датчиков, исследователи могут точно оценить условия освещения, влажности почвы и листьев, а также температуру на участке.

Goldbeck строит сельскохозяйственную фотоэлектрическую станцию ​​мощностью 48 мегаватт недалеко от Берлина.

Алгоритм проверен

Чтобы протестировать этот алгоритм и оценить его влияние на урожайность яблок, часть системы слежения контролировалась в соответствии с требованиями к освещенности. Вторая часть контролировалась в прежнем режиме, чтобы обеспечить оптимальную выработку солнечной энергии. Оба результата сравнивались с условиями на контрольном участке без солнечной системы.

Достигнуты хорошие результаты

Первые результаты обнадёживают. «Благодаря системе отслеживания, оптимизированной для яблок, мы достигаем около 90% желаемого уровня освещённости деревьев, при этом максимальное снижение выработки электроэнергии составляет всего 20%», — говорит Маддалена Бруно. «В отличие от этого, классическая стратегия обратного отслеживания позволяет достичь лишь около 50% желаемого уровня освещённости. Это показывает, что благодаря индивидуальному управлению мы можем значительно улучшить баланс между сельскохозяйственным производством и выработкой энергии».

Адаптируйте отслеживание к рынку электроэнергии

Следующий шаг снова будет сосредоточен на солнечной энергии. Алгоритм будет адаптирован таким образом, чтобы стратегия отслеживания могла быть адаптирована к условиям спотового рынка электроэнергии. «Индивидуально разработанная стратегия отслеживания также помогает соблюдать требования различных нормативных актов», — говорит Маддалена Бруно, имея в виду, среди прочего, ограничение работы солнечных электростанций в случае перегрузки сети.