سیستم خورشیدی V شکل: راهکاری نوین برای نیروگاه‌های خورشیدی کشاورزی

یک استارتاپ ایتالیایی با پشتیبانی جمعی از دانشمندان، در حال توسعه یک سیستم خورشیدی کشاورزی (Agrivoltaic) با طراحی V شکل است که بنا به گزارش‌ها، می‌تواند با بهره‌گیری از پنل‌های دوطرفه و ردیاب تک محوره، عملکردی ایده‌آل ارائه دهد. پیکربندی پیشنهادی این سیستم، نوید کاهش ۲۴ درصدی در میزان زمین مورد نیاز در مقایسه با سیستم‌های مرسوم را می‌دهد.

شرکت نوپای ایتالیایی Horizonfirm srl و گروهی از دانشمندان دانشگاه پالرمو، به طور مشترک در حال توسعه یک آرایه خورشیدی V شکل برای کاربرد در پروژه‌های نیروگاه‌های خورشیدی کشاورزی هستند.

مزایای طراحی V شکل در نیروگاه خورشیدی کشاورزی

ویژگی بارز این سیستم، استفاده از دو پنل خورشیدی دوطرفه است که در یک ساختار V شکل و به همراه ردیاب تک محوره قرار گرفته‌اند. این ردیاب با تنظیم پویای زاویه شیب پنل‌ها، جذب نور خورشید را بهینه کرده و در عین حال، میزان سایه‌اندازی بر روی محصولاتی نظیر تاکستان‌ها را به حداقل می‌رساند.

والریو لو برانو، نویسنده مسئول این پژوهش، در مصاحبه با نشریه pvmagazine اظهار داشت: «اگرچه از نظر فنی، استفاده از پنل‌های یک‌طرفه معمولی نیز امکان‌پذیر است، اما سیستم V شکل به طور خاص برای به حداکثر رساندن عملکرد پنل‌های خورشیدی با بازدهی دوطرفه بالا طراحی شده است. هندسه منحصر به فرد این سیستم به گونه‌ای بهینه شده است که قادر به جذب تابش مستقیم و بازتاب شده از هر دو طرف پنل‌ها باشد، امکانی که در فناوری پنل‌های یک‌طرفه وجود ندارد.»

وی همچنین توضیح داد: «استفاده از پنل‌های یک‌طرفه به طور قابل توجهی بازدهی سیستم را کاهش می‌دهد، که این امر، اساس ارزش پیشنهادی پیکربندی V شکل است. این طراحی زمانی به حداکثر پتانسیل عملکرد خود دست خواهد یافت که پنل‌های با بازدهی ۱۰۰% دوطرفه به صورت تجاری در دسترس قرار گیرند، زیرا در این صورت، توانایی سیستم در جذب نور بازتاب شده به طور کامل مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. ابعاد این سیستم برای رایج‌ترین اندازه پنل‌های موجود در بازار با ضریب دوطرفه حداقل ۸۰% تعیین شده است، که سازگاری آن را با پنل‌های دوطرفه استاندارد تولیدکنندگان پیشرو تضمین می‌کند.»

در مقاله‌ای با عنوان “مدل‌سازی و تحلیل سیستم‌های خورشیدی دوطرفه V شکل برای کاربردهای کشاورزی-خورشیدی: رویکرد مبتنی بر پایتون برای بهینه‌سازی انرژی” که در مجله معتبر Applied Energy منتشر شده است، محققان اعلام کردند که یکی از مهم‌ترین دستاوردهای کار آن‌ها، ایجاد یک الگوریتم سفارشی مبتنی بر زبان برنامه‌نویسی پایتون از طریق نرم‌افزار PVlib است که به طور خاص برای پیکربندی V شکل پیشنهادی طراحی شده است. این ابزار قادر است عملکرد انرژی سیستم را با در نظر گرفتن عواملی همچون سایه‌اندازی متقابل، بازتاب‌های چندگانه و میزان بازتاب نور از سطح زمین (آلبدو) مدل‌سازی کند.

لو برانو با تاکید گفت: «این اولین الگوریتم پایتون از نوع خود است. این الگوریتم همچنین قادر به شبیه‌سازی بازتاب‌های چندگانه و تنظیمات پویای زاویه شیب است، دو ویژگی که در ابزارهای تجاری موجود یافت نمی‌شوند.»

بهینه‌سازی زاویه و عملکرد پنل خورشیدی دوطرفه

در پیکربندی پیشنهادی این سیستم، زاویه شیب پنل‌های خورشیدی می‌تواند بین ۵۰ تا ۹۰ درجه متغیر باشد و خط راس ساختار V شکل در ارتفاع ۳ متری از سطح زمین قرار می‌گیرد. زاویه آزیموت (سمت) پنل‌ها باید به دقت توسط توسعه‌دهنده پروژه تعیین شود، زیرا این سیستم با ردیاب‌های آزیموتی قابل استفاده نیست. نتایج شبیه‌سازی‌ها در پالرمو، ایتالیا نشان داد که این سیستم به ازای هر جفت پنل، سالانه ۲۰۸۹.۳ کیلووات ساعت انرژی تولید می‌کند که این میزان ۵.۲% کمتر از سیستم‌های مرسوم است، اما در عوض، ۲۴% صرفه‌جویی در زمین را به همراه دارد. دانشمندان همچنین دریافتند که این سیستم به طور چشمگیری، ۲۴% از فضای اشغال شده توسط نیروگاه را کاهش می‌دهد.

آن‌ها افزودند: «هنگامی که این سیستم در یک هکتار تاکستان پیاده‌سازی شد، تولید سالانه انرژی به ۵۵۱.۶ مگاوات ساعت رسید، که تقریباً دو برابر ۲۸۶.۵ مگاوات ساعت تولید شده توسط پیکربندی ردیفی با شیب ثابت است.» آن‌ها همچنین خاطرنشان کردند که این سیستم با سناریوها و محصولات متنوع کشاورزی-خورشیدی مانند انگور، زیتون یا سبزیجات برگی که در سایه جزئی به خوبی رشد می‌کنند، سازگار است و قابلیت تنظیم شیب سیستم، میزان سایه‌اندازی در دوره‌های حیاتی رشد این محصولات را به حداقل می‌رساند.

آینده توسعه سازه‌های خورشیدی نوآورانه

دانشگاه پالرمو و شرکت Horizonfirm در حال حاضر یک پروژه پایلوت ۹۴۹ کیلوواتی را با استفاده از پیکربندی پیشنهادی این سیستم در دست اجرا دارند.

کریستین کیاروزی، شریک و مدیر Horizonfirm، در مصاحبه با نشریه pv magazine گفت: «برنامه‌ریزی شده است که این پروژه تا پایان سال جاری به شبکه متصل شود و با همکاری شرکت Trina Solar برای تامین پنل‌ها و شرکت Huawei Technologies برای تامین اینورترهای هوشمند در حال توسعه است. سیستم‌های Huawei الگوریتم ردیابی را از طریق یک کنترلر PLC مستقل مدیریت خواهند کرد. علاوه بر این، ما در حال حاضر سه پروژه دیگر را در دست اجرا داریم که از ساختارهای با شیب نیمه عمودی ثابت بهره می‌برند.»

شرکت Horizonfirm اخیراً طراحی این سیستم خورشیدی را به ثبت رسانده است. کیاروزی در این باره اظهار داشت: «ایده ثبت این اختراع از روند رو به رشد استفاده از پنل‌های خورشیدی دوطرفه نشات می‌گیرد. نکته حائز اهمیت این است که پنل‌های دوطرفه در حال حاضر در مقایسه با گزینه‌های یک‌طرفه، هزینه بیشتری به ازای هر کیلووات ندارند. بنابراین، افزایش سرمایه‌گذاری اولیه صرفاً به اجزای ساختاری سیستم V، از جمله مکانیزم ردیابی مربوط خواهد بود.»

source:https://pv-magazine/