Suluhisho la Moduli jipya kwa Uchunguzi wa Mwanga wa Jua na Mifumo ya Kugawanya Nishati

1. Utangulizi na Mazingira ya Kutafuta

1.1 Hali ya Sasa ya Sekta ya Solar
Kama moja ya viwanja vya nishati vinavyoiva zaidi, maendeleo na kutumia nishati ya solar imekuwa muhimu katika mabadiliko ya kimataifa ya nishati. Katika miaka mingi, kudhibitiwa na sera za ulimwengu, sekta ya photovoltaic (PV) imepata ukuaji wa kasi. Tafiti zinadai kuwa sekta ya PV ya China ilipata ongezeko la 168 mara wakati wa "Mwaka wa 12th Five-Year Plan". Kufikia mwisho wa 2015, uwezo wa PV ulikuwa umebainisha zaidi ya 40,000 MW, akiingilia kwenye orodha ya kwanza duniani kwa miaka mitatu mfululizo, na ukuaji unaoendelea kupata muktadha.

1.2 Matatizo Yaliyopo na Changamoto za Teknolojia
Ingawa kuna ukuaji wa kasi, mifumo ya kihifadhi ya nishati za PV za zamani bado yanapata changamoto nyingi za teknolojia katika matumizi yake:

• Matatizo ya Array ya PV: Kukidhi mahitaji ya mawingu na nguvu, nyuzi nyingi za PV zinazotumika kwa kihisabu na kizungumkuti. Mfumo huu unaathiriwa na chui kubwa, kusababisha upungufu wa "mismatch" na athari za hot-spot, ambayo huongeza ubora wa kuunda nguvu na usalama wa mfumo.
• Matatizo ya Paketi la Mifuko ya Nishati: Paketi pia yanatumia kihisabu na kizungumkuti, kina changamoto za kubalansisha. Utofauti wa batilie husambaa na ukubwa, sio tu kubadilisha muktadha wa mfumo lakini pia kuboresha upungufu wa uwezo na uzito wa kuzuia, kutokua kubadilisha kutumika kwa kiwango cha kubwa.
• Upungufu wa Teknolojia Zilizopo: Ingawa wanachama wengine wametoa njia za kubalansisha yenye kutochukuliwa, njia hizo tu huchukua tatizo la kubalansisha bila kutosha kuzingatia athari ya kihisabu cha moduli mengi kwenye vituo vya chini. Pia hakuna maelekezo sahihi kwa ajili ya kupanda vitu muhimu kama nyuzi za PV.

II. Suluhisho la Mfumo Kimaalum na Topologia

Kitufe cha suluhisho hiki ni kujenga topologia mpya, modular, na inayoweza kubadilika ya nishati.

2.1 Muundo wa Mfumo wa Kiwango
Mfumo unajengwa kwa kiwango kutoka kwa kitufe cha msingi hadi kwenye tatu:

1. Moduli (Kitufe cha Msingi):
• Muundo: Nyuzi moja ya PV, batili moja ya kihifadhi (inayofanana na umbo na uwezo), vifaa vizuri vitano, na mtambatibu mwenyewe.
• Kazi: Kama kitufe chenye ustadi chenye ustadi, mtambatibu hutumia vifaa vizuri vifano ili kunyolelea kuhusiana au kugeuka nyuzi ya PV na batili, kukuza kurejesha kati ya mikakati minne.
2. String Series:
• Muundo: Inapatikana kwa kuhusiana na moduli kadhaa kwa kihisabu.
• Kazi: Inongeza umbo wa tofauti wa string ili kugawanya mwingiliano wa umbo wa DC/DC boost converter.
3. Mfumo:
• Muundo: Inapatikana kwa kuhusiana na strings kadhaa kwa kizungumkuti, kushirikiana kwa DC/DC converter hadi DC bus.
• Kazi: DC bus inaweza kutoa nishati kwa mzigo wa DC au, kwa njia ya DC/AC inverter, kutoa nishati kwa mzigo wa AC.

2.2 Faide Kubwa
Topologia hii, kwa kudhibiti nyuzi zote za kibinafsi, kuburudisha athari za chui na matatizo ya kubalansisha ya batilie za mfumo wa kihisabu kwa kiwango cha fizikia. Kwa kuchagua vitu vyema, mfumo huongeza nyuzi za PV kutumia karibu na Maximum Power Point (MPP) kwa muda, kwa hiyo kutoa mpango wa MPPT na Battery Management Systems (BMS).

III. Mbinu ya Kudhibiti ya Kiwango

Suluhisho hili linatumia mbinu ya kudhibiti ya kiwango kufikia utaratibu wa kudhibiti kutoka kwa kiwango cha chini hadi kwa kiwango cha juu.

3.1 Mbinu ya Kudhibiti ya Kiwango cha Moduli (Udhibiti Wewe)
Kila moduli hurejesha kati ya mikakati minne ifuatayo kulingana na hali yake (umbo wa PV, umbo wa batili):

3.2 Mbinu ya Kudhibiti ya Kiwango cha String (Kudhibiti Umbo)
Kudhibiti ya kiwango cha string hutumia umbo wa input wa DC/DC converter (U_in) kama sababu muhimu, kubalansisha umbo kwa kuhusiana/kugeuka moduli.

• Lengo la Kudhibiti: Hakikisha U_in bado ndani ya kiwango cha kazi cha DC/DC circuit (mfano, 12V ~ 22V).
• Mbinu ya Kudhibiti ya Kiwango (mfano, kwa mfumo wa 24V):
• Kiwango Cha Chini (16V): Ikiwa U_in < 16V, mfumo wa kudhibiti hutafuta moduli ndani ya string ambayo yako kwenye hali ya kupanda lakini na umbo wa batili sahihi, kumwagiza kuhusiana, kuzuia DC/DC kutokosa kutokana na umbo wa chini.
• Kiwango Cha Juu (20V): Ikiwa U_in > 20V, huduma ya kuhusiana ya moduli mpya inageuka kuhakikisha U_in haipaswi kupita DC/DC maximum input voltage.
• Kiwango Cha Kupambana (12V): Ikiwa U_in < 12V, string inahisi kuwa imepigwa, kugeuka kwa kinyume. Moduli zote zinapanda hali ya kupanda hadi baada ya idadi ya batilie zimepatikana tena.

3.3 Mbinu ya Kudhibiti ya Kiwango cha Mfumo (Ulinzi wa Kiwango)
Kudhibiti ya kiwango cha mfumo inashughulikia kuhakikisha ubora wa nishati, kwa umbo wa DC bus (U_bus) kama sababu muhimu.

• Mbinu ya Kudhibiti: Umbo wa DC bus unahesabiwa kwa muda. Ikiwa umbo unapungua chini ya kiwango cha muhimu (mfano, 80% ya kiwango cha 24V system, i.e., 22V), inamaanisha kuwa nishati ya jumla ya mfumo imepungua. Mfumo wa kudhibiti utafanya amri ya kupiga chini kwa kiwango cha jumla ili kuhakikisha ubora wa nishati wa AC.

IV. Njia ya Kuchagua Vitu Vyema

Kuwaadhibu tatizo la kufanana kati ya nyuzi za PV na batilie za kihifadhi, suluhisho hili linatoa njia ya kuchagua ili kuboresha ubora wa kutumia nishati ya solar.

• Mawazo Makuu: Katika mfumo huu, umbo wa kazi wa nyuzi ya PV linalopewa kwa umbo wa batili, kufanya kufanana kwa parameta za umbo vyao ni muhimu.
• Modeli ya Kuchagua: Kulingana na modeli ya hisabati ya ujenzi wa nyuzi ya PV (kutimbiza athari za joto na mwanga), ubora wa mfumo η unapatikana kama fungo la umbo wa batili U_BAT na umbo wa maximum power point wa nyuzi ya PV U_mp.
• Mwisho: Kwa batili ya 3.7V na umbo wa kazi kwenye 3.9V~4.0V, matokeo ya simulation yanadai kuwa ubora wa kutumia nishati ya solar wa mfumo ni wa juu wakati U_mp wa nyuzi ya PV ni karibu 4.25V. Kwa hiyo, katika kuchagua kwa kweli, U_mp wa nyuzi ya PV lazima uwe ndani ya kiwango cha 4.2V ~ 4.3V.

V. Matokeo Yetu

1. Ongezeko la Ubora: Kudhibiti kwa kiwango kinapunguza kabisa "bucket-brigade effect" na matatizo ya hot-spot za mfumo wa kihisabu, kuhakikisha kila kitufe kinajitenda vizuri. Pia, kufanana vizuri kati ya PV na batilie kumpongeza MPPT kwa dharura, kuboresha ubora wa kuunda nguvu.
2. Uzito na Usalama: Muundo wa kiwango kuburudisha changamoto za kubalansisha za batilie, kuzuia overcharging na over-discharging, kuboresha uzito wa jumla. Mbinu ya kudhibiti ya kiwango inatoa protection ya kiwango kutoka kwa kiwango cha chini hadi kwa kiwango cha juu, kuboresha ubora wa mfumo.
3. Ufanisi wa Gharama na O&M Rahisi: Mbinu hii inapunguza gharama za hardware kwa kumpunguza mpango wa MPPT na Battery Management Systems (BMS). Muundo wake "Lego-like" unafanya installation, maintenance, na expansion rahisi. Kupungua kwa kitufe moja haiathiri kazi ya jumla, kupunguza gharama za lifecycle.