Estudi de simulació de gestió d'energia per a sistemes fotovoltaics i d'emmagatzemament d'energia domèstics
A mesura que la crisi energètica global es deteriora i la contaminació ambiental es fa més greu, els governs de tot el món estan augmentant el suport per a la recerca i desenvolupament en generació d'energia renovable. L'ús domèstic de la generació distribuïda solar, una direcció clau per a la pròxima fase de l'indústria fotovoltaica, ha rebut cada vegada més atenció. No obstant això, problemes com les fluctuacions de la potència de sortida dels components fotovoltaics i la raonabilitat de la integració de les unitats d'emmagatzematge d'energia poden afectar greument l'ús domèstic d'electricitat. Així doncs, per coordinar un flux d'energia estable entre les unitats del sistema i assegurar un funcionament suau, és necessària una estratègia de gestió energètica per equilibrar l'oferta i la demanda. Aquest article, basat en sistemes domèstics de fotovoltaïca i emmagatzematge d'energia, estudia la gestió energètica per permetre un funcionament estable i proporcionar una base teòrica per a aplicacions pràctiques d'energies renovables.
1 Anàlisi de l'Estructura del Sistema i l'Algoritme de Gestió Energètica
La topologia del sistema domèstic de fotovoltaïca i emmagatzematge d'energia estudiada (Figura 1) inclou mòduls fotovoltaics, bateries d'emmagatzematge de ions de lítium, convertidors de potència, la xarxa elèctrica i càrregues d'usuari. La sortida dels mòduls fotovoltaics forma una tensió de bus DC comuna mitjançant un convertidor Boost. Les bateries de ions de lítium es connecten a aquest bus mitjançant un convertidor Buck-Boost. El bus DC llavors alimenta la xarxa monofàsica o subministra càrregues de manera independent mitjançant un inversor de pont complet.
El sistema prioritza "auto-generació i auto-consum". La sortida dels mòduls fotovoltaics, com a font principal d'energia, primer satisfa les càrregues d'usuari. El sobrant o deficit de potència fotovoltaica es compensa amb les bateries (font secundària); si tant la fotovoltaica com les bateries arriben als seus límits, la xarxa (font terciària) assegura un subministrament estable.
Per a la sortida fotovoltaica, l'estat de càrrega de les bateries (SOC) i la potència de càrrega-des càrrega: Si PPV < PPV-min}, el convertidor Boost s'atura (sense sortida de potència); en cas contrari, funciona. Les bateries deixen de carregar quan SOC > 90% i de descarregar quan SOC < 10%. Pbat s'ajusta dinàmicament amb PPV i Pload, variat de 0 a la màxima potència de càrrega de les bateries. Per evitar oscil·lacions freqüents de càrrega-des càrrega, l'estat del següent cicle depèn de l'estat de les bateries del cicle anterior, prevenint canvis freqüents del mode del sistema.
Basant-nos en això, es proposa un algoritme de gestió energètica per a sistemes domèstics de fotovoltaïca-emmagatzematge, tal com es mostra a la Figura 2.
2 Anàlisi dels Modes d'Operació del Sistema i el Flux d'Energia
Guiat per l'algoritme de gestió energètica, l'operació del sistema es divideix en modes independents i connectats a la xarxa, cadascun subdividit com segueix:
2.1 Operació Independent (Per la Font Principal)
Existen dos sub-modes, definits per la font d'energia que controla el bus DC:
2.2 Operació Connectada a la Xarxa (Per l'Estat de l'Inversor)
Dividit per si l'inversor està en inversió o rectificació:
2.3 Límits dels Modes i Coordinació
Les condicions d'activació dels 4 sub-modes i la coordinació d'equips estan detallades a la Taula 1 (per afegir). A través del commutació dinàmica de la potència "fotovoltaica - bateria - xarxa" i el control adaptatiu dels convertidors Boost/Buck-Boost i l'inversor, el sistema permet un flux d'energia eficient en "generació - emmagatzematge - consum", cobrint totes les necessitats d'energia domèstica (off-grid, connectat a la xarxa, emergències, etc.).
La Figura 3(a) mostra la forma d'ona per al Mode 1: Sortida fotovoltaica = 4,8 kW, càrrega = 3 kW. El mòdul fotovoltaic genera 240 Vdc; el convertidor Boost estabilitza el bus DC a 480 Vdc. L'inversor funciona en inversió independent (220 Vac per a les càrregues), i el Buck-Boost treballa en mode Buck (1,8 kW per carregar la bateria). Formes d'ona (de dalt a baix): Corrent de sortida fotovoltaica, tensió del bus DC, tensió de sortida de l'inversor, i corrent de càrrega de la bateria.
La Figura 3(b) correspon al Mode 2: Sortida fotovoltaica = 5 kW (bateria plena, així que el Buck-Boost està apagat). Càrrega = 3 kW; l'inversor utilitza inversió connectada a la xarxa per mantenir el bus DC a 480 Vdc, alimentant l'excès d'energia a la xarxa (9 A, sincronitzat amb la tensió de la xarxa). Formes d'ona: Corrent de sortida fotovoltaica, tensió del bus DC, tensió de sortida de l'inversor, i corrent connectat a la xarxa.
La Figura 3(c) mostra el Mode 3: El mòdul fotovoltaic arriba als seus límits (no hi ha sortida, Boost apagat). L'unitat d'emmagatzematge d'energia alimenta el sistema; el Buck-Boost funciona en mode Boost (bus DC = 480 Vdc). L'inversor utilitza inversió independent (220 Vac per a càrregues de 3 kW). Formes d'ona: Corrent de descàrrega de la bateria, tensió del bus DC, i tensió de sortida de l'inversor. La Figura 3(d) presenta el Mode 4: Tant la fotovoltaica com l'emmagatzematge d'energia arriben als seus límits (no hi ha sortida). La xarxa alimenta les càrregues (3 kW) i carrega la bateria; l'inversor utilitza rectificació connectada a la xarxa (bus DC = 480 Vdc).
3. Conclusió (Manteniment de Farols de Carrer)
El manteniment actual dels farols de carrer a les ciutats té deficiències. Per millorar, cal centrar-se en quatre àrees:
Aquests passos milloraran l'eficiència de la gestió dels farols de carrer, suportant les operacions de les ciutats intel·ligents i el desenvolupament sostenible.
