垂直农用光伏发电优化算法

瑞典Mälardalen大学的一组科学家正在研究如何优化具有垂直安装的双面PV组件的农用光伏装置的发电量。

“在此项目中选择了垂直双面农用光伏设备，因为我们认为这是一种易于在农田中集成和扩展的农用光伏配置之一;研究人员Pietro Elia Campana对光伏杂志说：“它是一种经济高效的安装结构，可方便地用于农田中使用的各种机械。”“此外，今天很难获得在瑞典的农业用地上建造太阳能公园的许可，我们希望农用光伏技术将打开一个全新的市场，”研究人员Bengt Stridh说。

这位科学家开发了一种技术经济优化模型，该模型据称能够通过将气候数据与有关预期太阳能发电，遮阳分布，灌溉用水和农业产量的数据相结合，概述农业垂直光伏系统的理想设计参数。所提出的模型特别考虑了作物上接收到多少光合作用活性辐射(PAR)，这是植物用于光合作用的光谱的一部分。

该模型基于OptiCE，这是针对清洁能源技术的开源建模和优化软件包。该软件包包含用于计算太阳位置，分解太阳辐射，分析阴影，计算蒸散量，模拟作物生长以及考虑技术经济因素优化系统设计的算法。研究人员声称，这种优化的系统设计是通过生物启发的优化算法实现的，该算法每小时对农用光伏系统中整个水-食物-能源之间的相互关系进行动态仿真。

该模型试图确定的关键参数之一是太阳能电池行之间的最佳距离，具体取决于农作物的种类。例如，研究小组发现，种植燕麦时9m可能是理想的距离，而在瑞典选定的位置，最适合马铃薯的距离是8.5m，这意味着应通过多年和多年的计划来全面规划作物种植-必须进行作物轮作时的作物模拟。

已经对牧场草进行了进一步的模拟，牧场草是瑞典第一个农用光伏系统下生长的农作物，最佳距离为9 m。Campana解释说：“我们正在等待演示站点生成的结果来验证和校准模型。”

根据研究人员的发现，行距对PAR分布有影响，并且-在所调查位置的纬度上，因此，当行距从20 m减少到5 m时，农作物的产量可能减半。当行距类似地从20 m减少到5 m时，潜在的PV产量可减少约20%。

最佳距离是技术经济数学问题的结果，该问题是为了找到使土地当量比最大化的折衷方案，这意味着最大化作物产量和单位面积的电力产量。尽管如此，最佳距离还取决于拖拉机的宽度和农民通常使用的机械类型，这意味着行距必须与农业设备和农具的宽度相匹配。接近或大于20 m的距离对作物产量的影响可忽略不计。但是，根据研究小组的说法，这有三个缺点。第一个是土地当量比较低，第二个是与光伏系统的基础设施成本变高有关。“最后但并非最不重要，

该模型正在瑞典的一个模拟22.8 kW垂直安装上进行测试，并依赖于中国制造商Jolywood提供的380 W n型双面组件，其双面性约为80%。双面性通常定义为从模块后侧测量的输出与从模块前侧测量的输出之比。

通过他们的计算，科学家们还得出结论，将方位角朝向东方和西方而不是南方，可以帮助最大程度地减小功率波动。坎帕纳(Campana)表示：“这避免了在中午时出现高峰，而在早上和下午时降低了高峰。”“这还可以减少注入电网的峰值功率，并更好地匹配农场的用电量，从而导致更高的光伏自耗。”

该研究项目由瑞典能源机构Energimyndigheten资助，瑞典农业大学，Solkompaniet AB和KärrboPrästgårdAB为项目合作伙伴。瑞典的气象水文研究所，乌普萨拉大学，意大利的Cattolica del Sacro Cuore大学以及美国的NASA ARC都是科学合作伙伴。