Yeni Modulər Gözətme Çözümü Foton-Kesici və Enerji Saxlama Elektrik Üretim Sistemləri üçün
1.Müqavilə və Tədqiqat Arxivi
1.1 Güneş Enerjisi İndustrisinin Cari Vəziyyəti
Ən çox rastlanan yenidən istifadə olunan enerji mənbələrindən biri olan günəş enerjisinin inkişafı və istifadəsi, beynəlxalq əməkdaşlıq tərəfindən dəstəklənən küresel enerji keçidi prosesinin mərkəzində yer alır. Son illərdə, dünya miqyasında qəbul edilmiş siyasətlər tərəfindən güdülən, fotovoltaik (PV) sənayesi patlayıcı kimi inkişaf etdi. Statistika göstərir ki, Çin PV sənayesi "12-ci Beşillik Plan" mövzusunda 168-lik artım yaşayıb. 2015-ci ilin sonuna qədər, quraşdırılmış PV kapasitesi 40,000 MW-ni aşmış və üç ildə davam edən global liderliyini saxlamışdır, gələcəkdə də davamlı inkişaf gözlənilir.
1.2 Mövcud Problemlər və Texniki Məsələlər
Tez inkişafına baxmayaraq, tradisiya PV enerji yığımlama sistemləri praktiki tətbiqlərdə bir çox texniki problemə ziddi olur:
- PV Massivlərinin Problemləri: Yüklərə uyğun voltaj və gücü təmin etmək üçün, adətən bir çox individual PV elementləri seriya və paralel şəkildə birləşdirilir. Bu struktura, qismi gölgələnməyə maraq olur, bu da "uyğunsuzluq" ziyani və isti nöqtə effektinə səbəb olur, sistem enerji nəticələrini və təhlükəsizliyini ciddi şəkildə azaldır.
- Enerji Yığımlama Batareyalarının Problemləri: Batareya paketləri, seriya-paralel konfiqurasiyaları istifadə edərək, təbii tarzda balanslaşdırma problemlərinə qarşı çıxır. Ölçüsünə görə, batareya uyğunsuzluğu daha da çoxlaşır, bu da sistem mürəkkəbliyini artırır, kapasitəsinin azalmasına və ömrünün qısaldılmasına səbəb olur, geniş ölçülü tətbiqləri çətinləşdirir.
- Mövcud Texnologiyaların Qeyri-Kifayətlilikləri: Bəzən araşdırmacılar pasif balanslaşdırma idarəetmə metodu təklif etmişlər, amma bu metodlar sadəcə balanslaşdırma problemini dəyişir, multi-modul seriya birləşməsinin aşağıda gələn ləngərlərə təsirini tamamilə nəzərə almır. Onlar həmçinin PV elementləri kimi əsas komponentlərin seçilməsi üçün elmi irəli sürüşlər təqdim etmir.
II. Ümumi Sistem Həll Yolu və Topoloji
Bu həll yolunun mərkəzi, yeni, modulyar və məhdudlaşdırılmamış enerji sistemi topolojisi qurulmasıdır.
2.1 Hierarxik Sistem Struktur
Sistem, bazal vahidən başlayaraq üç səviyyəyə bölünür:
- Modul (Bazal Vahid):
- Tərkib: Bir PV element, bir yığımlama batareya (uyğun voltaj və kapasite), 4 enerji anahtarı və müstəqil idarəetmə cihazı.
- Funksiya: Ən kiçik avtonom vahid kimi, idarəetmə cihazı 4 anahtarı idarə edərək, PV elementin və batareyanın bağımsız bağlanmasını və ayırılmasını təmin edir, beş fərqli iş rejiminə esasən fleksibil şəkildə keçiş imkanı verir.
- Seriya Toyu:
- Tərkib: Yukarıdakı bir neçə modulların seriya şəkildə birləşdirilməsi ilə formalaşdırılır.
- Funksiya: Toynun ümumi çıxış voltajını artıraq ki, aşağıda gələn DC/DC boost çevirməçisinin giriş voltaj aralığına uyğun olsun.
- Sistem:
- Tərkib: Bir neçə seriya toyunun paralel şəkildə birləşdirilməsi ilə formalaşdırılır, ortaq DC xəttinə DC/DC çevirməçi vasitəsilə birgə düşür.
- Funksiya: DC xətti, DC yükünə doğrudan enerji təmin edə bilər və ya DC/AC inversor vasitəsilə AC yükünə enerji təmin edə bilər.
2.2 Asılı Avantajlar
Bu topoloji, individual hüceyrə səviyyəsindəki müstəqil idarəetmə vasitəsilə, fiziki səviyyədə tradisiya seriya strukturlarının təbii gölgələnmə və batareya balanslaşdırma problemlərini asılı olaraq ortadan qaldırır. Düzgün komponent seçimi ilə, sistem PV elementlərinin maksimum enerji nöqtəsi (MPP) yaxınlığında daima işləməsinə imkan verir, bu da ekstra MPPT ləngərlərinə və mürəkkəb Batareya İdarəetmə Sistemlərinə (BMS) ehtiyacını ortadan qaldırır.
III. Hierarxik Nəzarət Strategiyası
Bu həll yolunda, yerel səviyyədən küresel səviyyəyə qədər təfərrüatlı nəzarət üçün hierarxik idarəetmə strategiyası tətbiq olunur.
3.1 Modul Səviyyəsindəki Nəzarət Strategiyası (Avtonom İdarəetmə)
Hər modul, öz vəziyyətinə (PV çıxış voltajı, batareya voltajı) əsasən aşağıdakı 5 iş rejiminə avtonom olaraq keçir:
|
İş Rejimi |
Anahtar Vəziyyəti (S1/S2/S3/S4) |
İş Təsviri |
Tipik Keçid Şərtləri (məsələn, 3.7V Li-ion üçün) |
|
Rejim 1: Ortak Təminat |
ON/ON/ON/OFF |
Hem PV hem də batareya yükü təmin edir. |
Normal U_BAT (3.0V~4.2V) VƏ yetəri qədər işıq U_pv(oc) > U_BAT + 0.2V |
|
Rejim 2: Yalnız PV Təminatı |
OFF/ON/ON/OFF |
Batareya ayırmalıdır, yalınız PV enerji təmin edir. |
Normal U_BAT AMMA orta səviyyədə işıq U_pv(oc) ≤ U_BAT + 0.2V |
|
Rejim 3: Yalnız Batareya Təminatı |
ON/OFF/ON/OFF |
PV ayırmalıdır, yalınız batareya enerji təmin edir. |
Normal U_BAT AMMA heç bir işıq/yaxın axşam |
|
Rejim 4: Götürmə/PV Yüklənmir |
OFF/OFF/OFF/ON |
Hemcə vahidlər ayırmalıdır, sistem atlanır, PV yüklənmir. |
Batareya doludur (U_BAT ≥ 4.2V) VƏ giriş voltajı U_in < 16V |
|
Rejim 5: PV Zəngərləndirir |
ON/ON/OFF/ON |
Hemcə vahidlər ayırmalıdır, PV batareyaya zəngərləndirir. |
Batareya zəif voltaj (U_BAT < 3.0V) VƏ işıq mövcuddur U_pv(oc) > U_BAT + 0.2V |
3.2 Toy Səviyyəsindəki Nəzarət Strategiyası (Voltaj Koordinasyon İdarəetməsi)
Toy səviyyəsindəki nəzarət, DC/DC çevirməçinin giriş voltajı (U_in) əsasında, modulların bağlanması və ayrılmaması ilə voltajı stabelilləşdirir.
- İdarəetmə Məqsədi: U_in-nin DC/DC ləngərinin icazə verilən iş qədəri (məsələn, 12V ~ 22V) daxilində qalmasını təmin etmək.
- Çəki İdarəetmə Məntiqi (məsələn, 24V sistem üçün):
- Aşağı Voltaj Çəki (16V): Əgər U_in < 16V, nəzarət sistemi toyun içərisində normal şarjlı, lakin göturmə rejimində olan modulları axtarır və onları bağlanmaya məcbur edir, DC/DC-nin aşağı giriş voltajı səbəbindən sökülməsinə mane olur.
- Yuxarı Voltaj Çəki (20V): Əgər U_in > 20V, yeni modulların bağlanmasına məhdudiyyət qoyulur ki, U_in DC/DC-nin maksimum giriş voltajını aşmasın.
- Koruma Çəki (12V): Əgər U_in < 12V, toy bitmiş sayılır, məcburi şəkildə ayırılır. Bütün modullar göturmə rejimində qalır, nə qədər batareya şarjlanana qədər.
3.3 Sistem Səviyyəsindəki Nəzarət Strategiyası (Küresel Koruma)
Sistem səviyyəsindəki nəzarət, enerji təminatının keyfiyyətinə diqqət yetirir, DC xətt voltajı (U_bus) əsas nəzarət nöqtəsidir.
- İdarəetmə Məntiqi: DC xətt voltajı real zamanlı nəzarət altında tutulur. Əgər voltaj kritik çəkidən aşağı düşərsə (məsələn, 24V sistem qiymətinin 80%, yəni 22V), bu, sistemdə yetersiz enerji olduğunu göstərir. Nəzarət sistemi küresel sökülmə əmrini icra edərək, inversor və yük cihazlarını koruyur, AC tərəfindən enerjinin keyfiyyətini təmin edir.
IV. Əsas Komponent Seçim Metodu
PV elementləri və yığımlama batareya arasında uyğunluq problemini həll etmək üçün, bu həll yolunda, günəş enerjisinin istifadə effektivliyini maksimalaşdırmaq üçün bir seçim metodu təklif olunur.
- Əsas Fikir: Bu sistemin, PV elementin işləmə voltajı batareya voltajı tərəfindən sabitləşdirilir, onların voltaj parametrlərinin uyğunluğu vacibdir.
- Seçim Modeli: PV elementin mühəndislik matematik modelinə (temperatur və işıq şiddəti effektlərini nəzərə alaraq), sistem effektivliyi η batareya voltajı U_BAT və PV elementin maksimum enerji nöqtəsi voltajı U_mp funksiyası kimi təyin olunur.
- Nəticə: 3.7V yığımlama batareya üçün, 3.9V~4.0V ətrafında işləmə voltajı olduğu halda, simulyasiya nəticələri göstərir ki, sistemün günəş enerjisi istifadə effektivliyi, PV elementin U_mp-si təxminən 4.25V olduğunda ən yüksəkdir. Bu səbəbdən, praktiki seçimdə PV elementin U_mp-si 4.2V ~ 4.3V aralığında saxlanmalıdır.
V. Gözlənilən Nəticələr
- Üstünlük Effektivliyi: Modulyar müstəqil işləmə, seriya strukturların təbii "qova effekt" və isti nöqtə problemlərini asılı olaraq ortadan qaldırır, hər bir vahid effektiv şəkildə işləyir. Eyni zamanda, PV və yığımlama arasındakı dəqiqlik voltaj uyğunsuzluğu, ekstra ləngərlər olmadan təxminən maksimum enerji nöqtəsi izlənməsinə (MPPT) imkan verir, bu da enerji nəticələrini ciddi şəkildə artırır.
- Ömrün və Təhlükəsizliyin Artımı: Modulyar struktur, batareya paketlərindəki uyğunsuzluqlardan qaynaqlanan balanslaşdırma problemlərini asılı olaraq həll edir, aşırı şarjlama və boşaltmayı müdaxilə edir, bu da ümumi sistem ömrünü uzadır. Hierarxik nəzarət strategiyası, yerel səviyyədən küresel səviyyəyə qədər bir çox qoruyucu qatlar təmin edir, sistem robustluğunu ciddi şəkildə artırır.
- Maliyyə Optimallaşdırma və Rahat O&M: Bu dizayn, mürəkkəb MPPT izləyiciləri və Batareya İdarəetmə Sistemlərini (BMS) ləğv edərək, aparat maliyyəsini azaldır. Onun "Lego" mimarisindən dolayı, quraşdırma, təchizat və genişləndirme çox rahatdır. Yalnız bir modulun arızası, ümumi işləməni təsirləmir, bu da ümumi dövr maliyyəsini azaldır.
