Modelling and simulation of agrivoltaics plants

Global warming is one of the most important challenges that humanity is facing, its effects are: the Earth’s surface temperature increases, the sea level rises, the Arctic summer sea ice extent reduction and the ocean pH decreases. The cause of the global warming is the increase of concentration of greenhouse gases due to human activities. Power sector, industrial sector and transportation sector are the main producers of greenhouse gases. For this reason the renewable energy is a fundamental topic of discussion for the production of energy. The photovoltaic is one of the most common source of green energy. The agrivoltaic is a particular case, it wants to combine the possibility to use large field for the production of energy and farming. The agrivoltaic plant has bigger dimension compared to a standard photovoltaic plant to generate the same amount of energy. The size of an agrivoltaic plant leads to an increase in the complexity of the electrical connections. It is necessary to develop specific models. In the thesis, models describing the agrivoltaic behaviour (power generation and energy transmission losses) are developed. The model is developed in Modelica because it is fundamental its flexibility to follow as much as possible the physical structure of the real plant. Another reason to choose Modelica is the presence of open source libraries that can be combined with the Modelica standard library. The model is developed with standard interfaces, this way it can be used in other projects. The model is based on an existing open source library, "PhotoVoltaics". The model is validated comparing the simulation results with a professional software, PVsyst, that is the standard when handling photovoltaic plants.

Il riscaldamento globale è uno dei problemi più importanti che l’umanità deve affrontare, possiamo vedere i suoi effetti nell’aumento della temperatura della superficie terrestre, nell’aumento del livello dei mari, nella riduzione dell’estensione della calotta Artica e nella diminuzione del pH degli oceani. La causa è attribuibile all’aumento dei gas serra prodotti dalle attività umane. I principali settori dove vengono emessi gas serra sono: il settore energetico, il settore industriale e il settore del trasporto. Per questa ragione l’energia rinnovabile è un argomento fondamentale di discussione nella produzione di energia elettrica. Una delle fonti rinnovabili più comuni è quella fotovoltaica, a sua volta l’agrovoltaico è un caso particolare che vuole unire la possibilità di usare grandi campi per la produzione di energia e per coltivare. L’agrovoltaico ha un estensione maggiore rispetto a un impianto fotovoltaico standard per produrre la stessa quantità di energia. Questo porta a un aumento della complessità delle connessioni elettriche rispetto a un impianto standard, perciò è necessario sviluppare dei nuovi modelli specifici. Nella tesi si sviluppano modelli per descrivere il comportamento di siti agrovoltaici (la potenza generata e le perdite elettriche nella trasmissione). Il modello è sviluppato in Modelica perchè è fondamentale la sua flessibilità, visto che si vuole modellizzare l’impianto seguendo il più possibile la sua struttura reale. Un’altra ragione per usare Modelica è la presenza di librerie open source che possono essere usate insieme alla libreria standard di Modelica. Per la stessa ragione il modello è stato sviluppato con interfacce standard, così che può essere usato anche in altri progetti. Il modello è stato sviluppato sulla base della libreria esistente "PhotoVoltaics". Il modello è stato validato attraverso la comparazione dei risultati con un software professionale, PVsyst, che costituisce lo standard di progetto.