Háztartási napelemeres és energiatároló rendszer energiafelügyeleti szimulációs tanulmány
Ahogyan a globális energiaválság súlyosbodik és a környezetszennyezés egyre nagyobb problémát jelent, a világ szerte elterjedt kormányok növelik a támogatást az új energiaforrások kutatásához és fejlesztéséhez. A háztartásokban használt napenergia-disztribuált termelés, ami a fotovoltaikus ipar kulcsfontosságú következő lépése, egyre több figyelmet kap. Azonban a fotovoltaikus komponensek teljesítményeinek ingadozása és az energiatároló egységek integrációja megfelelősége komolyan befolyásolhatja a háztartások elektromos energiájának felhasználását. Így a rendszer egységei közötti stabil energiaáramlás koordinálásához és a sima működés biztosításához szükség van egy olyan energiamegőrzési stratégiára, amely egyensúlyt teremt a kínálat és a kereslet között. Ez a tanulmány, háztartási fotovoltaikus-energiatároló rendszerek alapján, energiamegőrzést vizsgál, hogy stabil működést biztosítson, és elméleti alapot adjon a gyakorlati tiszta energiaforrások alkalmazásához.
1 Rendszerstruktúra és energiamegőrzési algoritmus elemzése
A vizsgált háztartási fotovoltaikus-energiatároló rendszer topológiája (Ábra 1) fotovoltaikus modulokat, litium-ion akkumulátort, teljesítményátalakítókat, a hálózatot és a felhasználói terheléseket tartalmazza. A fotovoltaikus modulok kimenete egy Boost átalakító segítségével közös DC busz feszültséget hoz létre. A litium-ion akkumulátorok egy Buck-Boost átalakító segítségével csatlakoznak ehhez a buszhoz. A DC busz ezután áramot nyujt a monofázis hálózatba vagy függetlenül ellátja a terheléseket egy teljes hídgaláccal.
A rendszer előnyben részesíti a "saját generálás és saját felhasználás" módot. A fotovoltaikus modulok kimenete, mint elsődleges energiaforrás, először a felhasználói terheléseket kielégíti. A fotovoltaikus energia túlmaradékai vagy hiányai a litium akkumulátorok (másodlagos forrás) által kerülnek kiegyenlítésre; ha mind a fotovoltaikus, mind az akkumulátorok korlátait érik, a hálózat (harmadlagos forrás) biztosítja a stabilitást.
A fotovoltaikus kimenethez, az akkumulátor SOC-jához és a töltés-hurkolási teljesítményhez: Ha PPV < PPV-min}, a Boost átalakító leáll (nincs energia kimenet); ellenkező esetben működik. Az akkumulátorok töltése leáll, ha az SOC > 90%, és hurkolása, ha az SOC < 10%. Pbat dinamikusan változik a PPV és a Pload alapján, 0-tól a legnagyobb akkumulátor töltési teljesítményig. A gyakori töltés-hurkolásos rezgések elkerülése érdekében a következő ciklus állapota a korábbi ciklus akkumulátor állapotától függ, így a rendszer módváltásai nem lesznek túl gyakoriak.
Ezen alapul, egy energiamegőrzési algoritmust javasolunk a háztartási fotovoltaikus-energiatároló rendszerekhez, ahogy az Ábra 2-ben látható.
2 Rendszer működési módjainak és energiaáramlásának elemzése
Az energiamegőrzési algoritmus irányításával a rendszer működése két fő módra oszlik: független és hálózatra csatlakoztatott mód, mindegyike tovább bontja:
2.1 Független működés (Fő erőforrással)
Két almód létezik, amelyeket a DC busz vezérléséért felelős energiaforrás határoz meg:
2.2 Hálózatra csatlakoztatott működés (Inverter állapota szerint)
Azzal, hogy az inverter inverziós vagy rektifikációs módban van-e:
2.3 Módok határértékei és koordinációja
A 4 almód trigger feltételei és berendezések koordinációja részletesen szerepel a Táblázat 1-ben (ami hozzáadandó). A "napelem-akkumulátor-hálózat" energiaforrások dinamikus váltása és a Boost/Buck-Boost átalakítók és az inverter adaptív ellenőrzése lehetővé teszi a rendszernek, hogy hatékonyan kezelje az energiaáramlást a "termelés-tárolás-felhasználás" sorrendben, minden háztartási energiaszükségletet lefedve (off-grid, hálózatra csatlakoztatott, válságsituação, stb.).
Az Ábra 3(a) mutatja a 1. mód hullámformáját: Napelem kimenet = 4,8 kW, terhelés = 3 kW. A napelemmodul 240 Vdc-et ad ki; a Boost átalakító stabilizálja a DC buszt 480 Vdc-re. Az inverter független inverziós módban működik (220 Vac a terhelésekhez), és a Buck-Boost Buck módban (1,8 kW az akkumulátor töltéséhez). Hullámformák (fentről lefelé): napelem kimeneti áram, DC busz feszültség, inverter kimeneti feszültség, és akkumulátor töltési áram.
Az Ábra 3(b) a 2. módot mutatja: Napelem kimenet = 5 kW (az akkumulátor tele, tehát a Buck-Boost tétlen). Terhelés = 3 kW; az inverter hálózatra csatlakoztatott inverziós módban működik, hogy stabilizálja a DC buszt 480 Vdc-re, és a túlmaradó energiát a hálózathoz küldi (9 A, szinkronizálva a hálózati feszültséggel). Hullámformák: napelem kimeneti áram, DC busz feszültség, inverter kimeneti feszültség, és hálózatra csatlakoztatott áram.
Az Ábra 3(c) a 3. módot mutatja: A napelemmodul korlátai (nincs kimenet, a Boost tétlen). Az energiatároló egység ellátja a rendszert; a Buck-Boost Boost módban működik (DC busz = 480 Vdc). Az inverter független inverziós módban működik (220 Vac 3 kW terhelésekhez). Hullámformák: akkumulátor hurkolási áram, DC busz feszültség, és inverter kimeneti feszültség. Az Ábra 3(d) a 4. módot mutatja: Mind a napelem, mind az energiatároló korlátai (nincs kimenet). A hálózat ellátja a terheléseket (3 kW) és tölti fel az akkumulátort; az inverter hálózatra csatlakoztatott rektifikációs módban működik (DC busz = 480 Vdc).
3. Következtetés (Utcai lámpák karbantartása)
A jelenlegi városi utcai lámpák karbantartása hibákat tartalmaz. A javítás érdekében négy területre kell összpontosítani:
Ezek a lépések javítani fogják a utcai lámpák menedzsmentjének hatékonyságát, támogatva a smart city operációkat és a zöld fejlődést.
