Verimli Rüzgar-Güneş Hibrit Sistemi Optimizasyonu ile Depolama

1. Rüzgar ve Güneş Fotonik Güç Üretim Özelliklerinin Analizi

Rüzgar ve güneş fotonik (PV) güç üretim özelliklerinin analizi, birbirini tamamlayıcı hibrit bir sistemi tasarlamanın temelidir. Belirli bir bölgedeki yıllık rüzgar hızı ve güneş ışınım verilerinin istatistiksel analizi, rüzgar kaynaklarının mevsimsel değişkenlik gösterdiğini, kış ve baharda daha yüksek rüzgar hızlarına, yaz ve sonbaharında ise daha düşük hızlara sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Rüzgar gücü üretiminin rüzgar hızının kübü ile orantılı olması, önemli bir çıktı dalgalanmasına neden olmaktadır.

Diğer yandan, güneş kaynakları, yazda daha uzun gün ışığı saatleri ve daha güçlü ışınım, kışta ise daha zayıf koşullar göstererek açık günlük ve mevsimsel desenler sergilemektedir. PV verimliliği, sıcaklık artışıyla olumsuz etkilenecektir. Rüzgar ve güneş enerjisinin zaman dağılımını karşılaştırıldığında, bunların hem günlük hem de yıllık döngülerde birbirini tamamlayıcı davranış sergilediği açıktır. Bu birbirini tamamlayıcılık, toplam güç çıktısını yumuşatmak için iki enerji kaynağının optimal kapasite oranının yapılandırılabildiği etkin ve kararlı güç sistemlerinin tasarlanmasını sağlar.

2. Rüzgar-Güneş Hibrit Güç Üretim Sistemlerinin Modellemesi

2.1 Rüzgar Gücü Alt Sistemi Modeli

Rüzgar gücü alt sistemi modeli, rüzgar hızı verileri ve türbin özellikleri üzerine inşa edilmiştir. Weibull dağılımı, rüzgar hızı olasılık dağılımına uygun hale getirilerek, istatistiksel davranışını doğru bir şekilde tanımlamaktadır. Türebin çıkış gücü ile rüzgar hızı arasındaki ilişki, çalışma esnek hız, nominal rüzgar hızı ve kesme rüzgar hızı gibi ana parametreleri içeren parçalı bir fonksiyonla ifade edilmektedir.

En küçük kareler yöntemi, türbin güç eğrisine uygulanarak, rüzgar hızına göre güç çıktısı matematiksel bir ifadesi elde edilmektedir. Rüzgar hızının rastgeleliğini hesaba katmak için Monte Carlo simülasyon yöntemi, rüzgar çiftliğinin üretimi tahmin etmek için kullanılmaktadır. Model, rüzgar güç sistemlerinin dinamik özelliklerini doğru bir şekilde yansıtmakta ve sistemin optimizasyonu için temel sağlamaktadır. Ayrıca, rüzgar yönünün değişimine bağlı olarak üretim verimliliği üzerindeki etkiye bir düzeltme faktörü ile dahil ederek, tahmin doğruluğunu artırır.

2.2 Fotovoltaik Güç Alt Sistemi Modeli

Fotovoltaik alt sistemi modeli, güneş ışınımı, çevre sıcaklığı ve PV modülü özelliklerini kapsamlı olarak ele alır. Güneş ışınımı için bir istatistiksel model oluşturulur ve zaman içindeki varyasyonlarını tanımlar. PV modüllerinin çıkış özellikleri, I-V eğrileri ile ifade edilir. Sıcaklık etkileri, tek diod eşdeğer devresi kullanılarak modellenir ve çıkış gücü, doğrusal olmayan denklem sisteminin çözülmesiyle hesaplanır.

Model ayrıca gölgelenme ve toz birikimi gibi faktörleri içerir, tahmin doğruluğunu artırmak için düzeltme katsayıları kullanılır. PV modül yaşlanması, yıllık bozulma oranını tahmin etmek için modele dahil edilir ve uzun vadeli güç çıkışı değişimlerini öngörür. Bu model, çeşitli çevre koşulları altında PV sisteminin performansını doğru bir şekilde yansıtır.

2.3 Enerji Depolama Sistemi Modeli

Enerji depolama sistemi modeli, primarily lithium-ion batarya özellikleri üzerine kurulmuştur. Batarya şarj durumu (SOC) için bir dinamik model geliştirilmiştir, şarj ve boşaltma süreçlerini tanımlar. Kendi kendine boşalma özellikleri ve şarj/boşaltma verimliliği göz önünde bulundurulur, çevresel etkileri yansıtmak için bir sıcaklık düzeltme faktörü eklenir. Batarya ömrü, döngü sayısının ve boşalma derinliğinin (DOD) kombinasyonu kullanılarak, kapasite azalmasını öngörür.

Model, farklı işletim koşulları altında batarya performansını doğru bir şekilde yansıtır, optimal boyutlandırma ve operasyon stratejilerini destekler. Ayrıca, direnç, döngü sayısı ve sıcaklık arasındaki işlevsel ilişkileri kurarak, dinamik davranışın daha hassas bir simülasyonunu sağlar. Ana çıktılar, gerçek zamanlı SOC, kullanılabilir kapasite, şarj/boşaltma gücü ve beklenen ömrü içerir—optimal işletme ve bakım için kapsamlı veri desteği sağlar.

2.4 Sistem Entegrasyon Modeli

Entegre sistem modeli, rüzgar, güneş ve depolama alt sistemlerini birleşik bir çerçeve haline getirir. Eşdeğer yük yöntemi, yük dalgalanmalarını ele almak için kullanılır ve bir sistem güç dengesi denklemi oluşturulur. Güvenilirlik endeksleri, Kayıp Yük Olasılığı (LOLP) ve Beklenen Tedavülenmemiş Enerji (EENS), sistem performansını değerlendirmek için sunulur. Zaman serisi simülasyonu, farklı zaman ölçeklerinde sistem işletim durumlarını hesaplamak için kullanılır.

Model, alt sistemler arasındaki etkileşimleri, PV panel üzerinde rüzgar türbininin gölge etkisi gibi, hesaba katır. Ayrıca, bir şebeke arayüzü entegre edilerek, zaman dilimine dayalı tarifeler altında ekonomik派遣中断，请稍后继续。