Estudo de Simulação de Gerenciamento de Energia PV-ESS Residencial
À medida que a crise energética global se agrava e a poluição ambiental se torna mais severa, governos em todo o mundo estão aumentando o apoio à pesquisa e desenvolvimento (P&D) na geração de energia renovável. O uso doméstico de geração distribuída solar, uma direção-chave para a próxima fase da indústria fotovoltaica (PV), tem recebido cada vez mais atenção. No entanto, questões como as flutuações na produção de energia dos componentes PV e a racionalidade da integração de unidades de armazenamento de energia podem afetar seriamente o uso de eletricidade doméstica. Portanto, é necessária uma estratégia de gerenciamento de energia para coordenar o fluxo estável de energia entre as unidades do sistema e garantir o funcionamento suave, equilibrando oferta e demanda. Este artigo, baseado em sistemas domésticos de PV-energia, estuda o gerenciamento de energia para permitir a operação estável e fornecer uma base teórica para aplicações práticas de energia limpa.
1 Análise da Estrutura do Sistema e Algoritmo de Gerenciamento de Energia
A topologia do sistema de armazenamento de energia PV doméstico estudado (Figura 1) compreende módulos PV, baterias de íon-lítio, conversores de potência, a rede e cargas do usuário. A saída dos módulos PV forma uma tensão DC comum no barramento via um conversor Boost. As baterias de íon-lítio se conectam a este barramento através de um conversor Buck-Boost. O barramento DC então alimenta a rede monofásica ou fornece as cargas independentemente através de um inversor full-bridge.
O sistema prioriza "autogeração e autoconsumo". A saída dos módulos PV, como a fonte de energia primária, atende primeiro às cargas do usuário. O excesso/deficiência de energia PV é equilibrada pelas baterias de íon-lítio (fonte secundária); se tanto a PV quanto as baterias atingirem seus limites, a rede (fonte terciária) garante o suprimento estável.
Para a saída PV, SOC da bateria e potência de carga/descarga: Se PPV < PPV_min, o conversor Boost desliga (sem saída de energia); caso contrário, opera. As baterias param de carregar quando SOC > 90% e descarregar quando SOC < 10%. Pbat ajusta-se dinamicamente com PPV e Pload, variando de 0 até a potência máxima de carga da bateria. Para evitar oscilações frequentes de carga/descarga, o estado do próximo ciclo depende do status da bateria no ciclo anterior, evitando trocas frequentes de modos do sistema.
Com base nisso, propõe-se um algoritmo de gerenciamento de energia para sistemas de armazenamento de energia PV domésticos, conforme mostrado na Figura 2.
2 Análise dos Modos de Operação do Sistema e Fluxo de Energia
Guiado pelo algoritmo de gerenciamento de energia, a operação do sistema divide-se em modos independentes e conectados à rede, cada um subdividido da seguinte forma:
2.1 Operação Independente (Por Fonte Principal)
Existem dois submodos, definidos pela fonte de energia controlando o barramento DC:
2.2 Operação Conectada à Rede (Por Estado do Inversor)
Dividida por se o inversor está em inversão ou retificação:
2.3 Limites de Modo e Coordenação
As condições de disparo dos quatro submodos e a coordenação do equipamento são detalhadas na Tabela 1 (a ser adicionada). Através da comutação dinâmica de "PV-bateria-rede" de energia e do controle adaptativo dos conversores Boost/Buck-Boost e do inversor, o sistema permite um fluxo eficiente de energia em "geração-armazenamento-consumo", cobrindo todas as necessidades de energia doméstica (off-grid, conectado à rede, emergências, etc.).
A Figura 3(a) mostra a forma de onda para o Modo 1: Saída PV = 4,8 kW, carga = 3 kW. O módulo PV produz 240 Vdc; o conversor Boost estabiliza o barramento DC em 480 Vdc. O inversor opera em inversão independente (220 Vac para cargas), e o Buck-Boost funciona no modo Buck (1,8 kW para carregar a bateria). Formas de onda (de cima para baixo): corrente de saída PV, tensão do barramento DC, tensão de saída do inversor e corrente de carregamento da bateria.
A Figura 3(b) corresponde ao Modo 2: Saída PV = 5 kW (bateria cheia, portanto, Buck-Boost desligado). Carga = 3 kW; o inversor usa inversão conectada à rede para manter o barramento DC em 480 Vdc, alimentando a energia excedente à rede (9 A, sincronizado com a tensão da rede). Formas de onda: corrente de saída PV, tensão do barramento DC, tensão de saída do inversor e corrente conectada à rede.
A Figura 3(c) mostra o Modo 3: O módulo PV atinge seus limites (nenhuma saída, Boost desligado). A unidade de armazenamento de energia alimenta o sistema; o Buck-Boost opera no modo Boost (barramento DC = 480 Vdc). O inversor usa inversão independente (220 Vac para cargas de 3 kW). Formas de onda: corrente de descarga da bateria, tensão do barramento DC e tensão de saída do inversor. A Figura 3(d) apresenta o Modo 4: Tanto a PV quanto a unidade de armazenamento de energia atingem seus limites (nenhuma saída). A rede alimenta as cargas (3 kW) e carrega a bateria; o inversor usa retificação conectada à rede (barramento DC = 480 Vdc).
3. Conclusão (Manutenção de Postes de Iluminação)
A manutenção atual de postes de iluminação urbana tem deficiências. Para melhorar, deve-se focar em quatro áreas:
Essas medidas irão melhorar a eficiência da gestão de postes de iluminação, apoiando as operações de cidades inteligentes e o desenvolvimento sustentável.
