Các nhà nghiên cứu tại Viện công nghệ Ấn Độ phát triển công cụ thiết kế mới để xác định vị trí tối ưu cho việc lắp đặt tấm pin mặt trời trên địa hình đồi núi gồ ghề. Công cụ gồm hai thành phần chính: một thuật toán xác định khu vực đất phù hợp để lắp đặt tấm pin và một thuật toán phân phối sắp xếp tấm pin trên các khu vực này với khoảng cách tối ưu. Công cụ này dựa trên Python đã được thử nghiệm trên địa hình thực tế tại Uttarakhand, Ấn Độ.

Theo nhóm nghiên cứu, khi ước tính hiệu suất quang điện của trang trại điện mặt trời, cần xem xét một số yếu tố quan trọng. Thứ nhất, bức xạ mặt trời ở địa hình đồi núi không đồng đều do khu vực ở độ cao thấp thường bị che khuất, nhận được ít ánh sáng mặt trời hơn đáng kể so với khu vực ở độ cao lớn hơn. Thứ hai, địa hình đồi núi có các vùng với hướng khác nhau, dẫn đến tiếp xúc với ánh nắng mặt trời không đồng đều. Cuối cùng, độ dốc lớn ở một số khu vực khiến việc lắp đặt, bảo trì tấm pin trở nên khó khăn hoặc không thực tế.

Mô hình sử dụng dữ liệu hình học địa hình - gồm vĩ độ, kinh độ và độ cao - lấy từ nền tảng địa lý Bhuvan của Ấn Độ. Dữ liệu bức xạ mặt trời và khí tượng được lấy từ Cơ sở dữ liệu bức xạ mặt trời quốc gia, cung cấp dữ liệu thời tiết trung bình 15 năm để tạo ra một năm khí tượng điển hình. Các thông số được xem xét gồm bức xạ trực tiếp, bức xạ ngang khuếch tán, bức xạ ngang toàn phần và vị trí mặt trời.

Phần đầu tiên của thuật toán áp dụng 5 bộ lọc để xác định đất có thể sử dụng. Bộ lọc đầu tiên loại trừ các vùng dốc lớn hơn 30°, không phù hợp lắp đặt tấm pin. Tiếp theo, bộ lọc phương vị loại bỏ các khu vực hướng về phía bắc, vốn bị che bóng hầu hết thời gian trong năm. Bộ lọc che bóng loại bỏ các khu vực bị che bóng hơn 20% vị trí mặt trời mô phỏng hằng năm. Bộ lọc thứ tư, dựa trên hệ số góc nhìn bầu trời (SVF), loại trừ các vùng có thể nhìn thấy dưới 80% mái vòm bầu trời, vì các vùng này không nhận được đủ bức xạ khuếch tán. Cuối cùng, bộ lọc hệ số ngoại lệ cục bộ (LOF) loại bỏ các vùng bị cô lập, chỉ để lại các vùng tập trung, dễ tiếp cận, phù hợp để lắp đặt.

Thành phần thứ hai của thuật toán xác định khoảng cách tối ưu giữa các tấm pin dựa trên độ dốc cục bộ, độ nghiêng của tấm pin và độ cao mặt trời.

Các nhà nghiên cứu lưu ý, việc lựa chọn tiêu chí loại bỏ do người dùng tự xác định. Ngoại trừ bộ lọc độ dốc và LOF, các tiêu chí được thiết lập dựa trên mức độ tổn thất bức xạ mặt trời chấp nhận được cho một ứng dụng nhất định. Các quyết định về ngưỡng loại bỏ được hướng dẫn bởi phân tích chi phí dự án, nằm ngoài phạm vi của nghiên cứu này.

Đối với nghiên cứu điển hình ở Uttarakhand, địa hình được chọn có chiều dài 1.000 m, chiều rộng 500 m, độ cao dao động từ 1.740 m đến 1.980 m. Sau khi áp dụng bộ lọc phương vị, 5,56% diện tích bị loại bỏ, tiếp theo là 9,7% từ bộ lọc độ dốc, 6,36% do địa hình che bóng, 4,77% từ bộ lọc SVF và 2,7% từ bộ lọc LOF, tổng cộng 29,09% diện tích bị loại trừ.

Các nhà nghiên cứu giải thích, thông lượng mặt trời trung bình chiếu vào một tấm pin 1 m x 2 m là 1.589,1 W, tạo ra 1.120,4 MWh năng lượng mặt trời chiếu tới trường quang điện tại điểm phân. Các tấm pin phân bố trên địa hình đồi núi thu được nhiều năng lượng hơn so với một hệ thống tương đương trên địa hình bằng phẳng trên cùng diện tích 0,5 km², nơi nhận được 1.089,67 MWh.

Nghiên cứu của họ được trình bày trong bài báo “Thuật toán lắp đặt tấm pin quang điện trên địa hình đồi núi nhấp nhô” do tạp chí Solar Energy xuất bản.