Нова система керуванням енергією для гібридних джерел

Вчені з міжнародної команди представили новаторське рішення для підвищення продуктивності гібридних систем відновлюваної енергії, які об’єднують сонячні панелі, вітрові турбіни та акумуляторні батареї. Їхній підхід базується на інтеграції двоактивних мостових (DAB) DC-DC перетворювачів, які забезпечують оптимальний розподіл енергії та адаптацію до змінних умов. Така технологія дозволяє ефективніше використовувати ресурси, подовжувати термін служби батарей і швидко реагувати на коливання навантаження чи погоди.

Система передбачає поєднання кількох джерел енергії в єдину мережу через спільну шину постійного струму. Сонячні панелі та вітротурбіни генерують енергію, яка потім перетворюється і передається через DAB-перетворювачі. Ці пристрої, оснащені високочастотним трансформатором, не лише забезпечують гальванічну ізоляцію, а й підвищують безпеку, зменшуючи електромагнітні перешкоди. Завдяки цьому підходу вдається уникнути складних захисних схем, що зазвичай ускладнюють конструкцію.

Однією з ключових особливостей розробки є інтелектуальна система управління енергією (EMS), яка використовує спрощений блок нейронної мережі для відстеження максимальної потужності в реальному часі. Наприклад, для сонячних панелей алгоритм враховує температуру та рівень сонячного випромінювання, визначаючи оптимальний струм. У ході тестів при температурі 30°C і випромінюванні 850 Вт/м² система досягла потужності 53,55 кВт, що підтвердило її точність і надійність. Такі результати були отримані за допомогою симуляцій у MATLAB/Simulink, де нейронну мережу тренували на основі алгоритму Левенберга-Марквардта.

Ще однією перевагою є гнучкість у розподілі енергії залежно від стану заряду батареї (SoC) та потреб навантаження. Система автоматично визначає, коли заряджати акумулятор, направляти надлишкову енергію на дамп-навантаження чи використовувати батарею для компенсації дефіциту. Наприклад, якщо SoC перевищує 85%, а виробництво перевищує попит, надлишок спрямовується на дамп-резистор. У разі, коли SoC падає нижче 15% і попит перевищує генерацію, система ізолює навантаження, надаючи пріоритет зарядці батареї. Для уникнення частих перемикань між режимами розробники додали гістерезис, що стабілізує роботу.

Ефективність системи протестували в різних сценаріях. У симуляції тривалістю 4 секунди вітротурбіна стабільно видавала 98,5 кВт при швидкості вітру 12 м/с, тоді як потужність сонячних панелей варіювалася від 39,32 кВт до 63,35 кВт залежно від умов. Навантаження змінювалося від 125 кВт до 186,5 кВт, і система успішно адаптувалася, перемикаючись між шістьма сценаріями роботи. Це свідчить про її стійкість до раптових змін і здатність підтримувати баланс енергії.

Такий підхід розв'язує типові проблеми традиційних методів, як-от низька ефективність чи складність адаптації до динамічних умов. DAB-перетворювачі забезпечують високу щільність потужності та просте регулювання завдяки техніці фазового зсуву, що дозволяє точно контролювати потік енергії між джерелами. Математичні моделі для сонячних панелей і вітротурбін, використані в дослідженні, враховують реальні фізичні параметри, такі як коефіцієнт потужності вітротурбіни чи опір у фотоелементах, що додає системі практичної цінності.