Yangi modullarli monitoring yechimi fotogenerator va energiya saqlash sistemalari uchun

1. Kirish va Tadqiqotlar Asosiy Sozlamalari

1.1 Quyosh Energetikasi Sohasi Haqida Joriy Vaziyat
Quyosh energiyasi eng keng tarqalgan yangi ta'kidlanuvchi energiya manbalari orasidagi biri bo'lib, uni rivojlantirish va ishlatish jahon maydonidagi energiya o'zgarishi uchun asosiy vazifaga aylanmoqda. O'xshash ravishda, jahon bo'lgani yuzasidan qoidalar bilan harakat qilinayotgan holda, fotovoltaik (PV) sohani o'z ichiga olgan tajribaviy o'sishni ko'rib chiqish mumkin. Statistik ma'lumotlarga ko'ra, Xitoyning PV sohadi "12-yillik rejalashtirish" davrida 168 marta o'sib bo'lgan. 2015-yilda qurilgan PV quvvati 40 000 MW dan oshib ketdi, uch marta qatorga solingan, bu esa kelajakda davom etadigan o'sishni anglatadi.

1.2 Mavjud Muammolari va Texnik Muammolari
Tezkor rivojlanishga qaramay, an'anaviy PV energiya saqlash tizimlari hali ham amaliy qo'llanmada bir qancha texnik muammolarga duch keladi:

• PV G'aroyibi Muammolari: Yuk voltaj va quvvat talablari qanoatlantirish uchun, adashsa, ko'p individual PV elementlar seriyadan parallel ulanadi. Bu struktura qisman go'zallashishga xos bo'lib, bu esa "tushish" zararlarini va issiq nuqtalarni o'z ichiga oladi, bu esa sistemani energiya ishlab chiqarish effektivligini va xavfsizligini o'zroq pasaytiradi.
• Energiya Saqlash Batareya G'aroyibi Muammolari: Batareya g'aroyibi ham seriyadan parallel ulanishlardan foydalanadi, bu esa nihoyatda balanslash muammolarini o'z ichiga oladi. Batareya noqulayliklari o'ldirish bilan rostga o'xshaydi, bu esa sistemani murakkablashtiradi, shuningdek kapasitetni tortib yuboradi va omilni qisqartiradi, bu esa katta o'lchamli qo'llanmani cheklaydi.
• Mavjud Texnologiyalarning Noksandarchiliklari: Ba'zi tadqiqotchilar passiv tenglash boshqarish usullarini taklif etishgan, lekin bu usullar faqatgina balanslash muammolasini o'zgartiradi va multi-modul seriyadan ulanishning pastki shakllariga ta'sirini to'liq hisobga olmaydi. Ular PV elementlar kabi asosiy komponentlarni tanlash uchun ilmiy yo'naltma qilishni kamaytiradi.

II. Umumiy Sistemaviy Yechim va Topologiya

Bu yechimning asosi yangi, modulyar va kengaytiriladigan energiya tizim topologiyasini qurishdir.

2.1 Hierarxik Sistemaviy Tuzilish
Sistema uch darajadan iborat bo'lib, asosiy birlikdan boshlaydi:

1. Modul (Asosiy Birlik):
• Tuzilish: Bitta PV element, bitta saqlash batareya (voltaj va kapasitet moslashtirilgan), 4 ta energiya klyuchi va mustaqil boshqaruvchi.
• Funksiya: Eng kichik mustaqil birlik sifatida, boshqaruvchi 4 ta klyuchni boshqaradi, bu esa PV element va batareyani mustaqil ulash/cheklash imkonini beradi va beshta ish rejimlarini o'zaro almashtirish imkonini beradi.
2. Seriya Satr:
• Tuzilish: Yuqorida belgilangan modullarning bir nechasi seriyaning satriga ulanadi.
• Funksiya: Satrning umumiy chiqariladigan voltajini pastki DC/DC boost converterning kirish voltaj oraliqlari bilan moslashtirish uchun oshiradi.
3. Sistema:
• Tuzilish: Bir nechta seriyadan satrlarni parallel ulanish orqali yaratiladi, DC/DC converter orqali umumiy DC busga boradi.
• Funksiya: DC bus to'g'ridan-to'g'ri DC yuklarni energiya bilan ta'minlashi mumkin yoki DC/AC inverter orqali AC yuklarni energiya bilan ta'minlashi mumkin.

2.2 Asosiy Afzalliklari
Bu topologiya, individual elementlar darajasidagi mustaqil boshqarish orqali, an'anaviy seriyadan tuzilishning fizik darajada o'ziga xos go'zallashish effektlarini va batareya balanslash muammolarini o'chiradi. To'g'ri komponentlar tanlanishi bilan, sistema PV elementlarni doimiy Maximum Quvvat Noktasiga (MPP) yaqin joylashish imkonini beradi, bu esa qo'shimcha MPPT shemalarini va murakkab Batareya Boshqarish Sistemalarini (BMS) talab qilishni bekor qiladi.

III. Hierarxik Kuzatish Strategiyasi

Bu yechim yeriydan jahoniy darajagacha saralangan kuzatishni amalga oshirish uchun hierarxik boshqarish strategiyasidan foydalanadi.

3.1 Modul Darajasidagi Kuzatish Strategiyasi (Mustaqil Boshqarish)
Har bir modul o'z holatiga (PV chiqariladigan voltaj, batareya voltaji) qarab quyidagi 5 ta ish rejimini o'zaro almashtiradi:

3.2 Satr Darajasidagi Kuzatish Strategiyasi (Voltaj Koordinatsiya Boshqaruv)
Satr darajasidagi kuzatish DC/DC converterning kirish voltajini (U_in) asosiy parametrga aylantiradi, modullarni ulash/cheklash orqali voltajni barqaror qiladi.

• Boshqarish Maqsadi: U_in DC/DC shemasining ruxsat etilgan ishlash oraliqlarida (masalan, 12V ~ 22V) qoldirilsin.
• Eshik Boshqaruv Logikasi (masalan, 24V sistema uchun):
• Pastki Eshik (16V): Agar U_in < 16V bo'lsa, kuzatish sistemasi avtomatik ravishda satrda rezhimdagi lekin normal zaryadlangan batareya bilan modullarni qidiradi, ularni ulash buyrug'idan o'tkazadi, bu esa DC/DC-ni past kirish voltaji sababli o'chirishini oldini oladi.
• Yuqori Eshik (20V): Agar U_in > 20V bo'lsa, yangi modullarni ulash cheklanadi, bu esa U_in DC/DC ning maksimal kirish voltajidan oshmasligini ta'minlaydi.
• Himoya Eshigi (12V): Agar U_in < 12V bo'lsa, satr ochib ketgan deb hisoblanadi, bu esa uning qo'lda olinishini talab qiladi. Barcha modullar rezhimga o'tishadi, gacha yetarli sonli batareya zaryadlanmaguncha.

3.3 Sistema Darajasidagi Kuzatish Strategiyasi (Jahoniy Himoya)
Sistema darajasidagi kuzatish energiya ta'minlash sifatini ta'minlashga qaratilgan, DC bus voltajini (U_bus) asosiy kuzatish nuqtasi sifatida o'rinlashtiradi.

• Boshqaruv Logikasi: DC bus voltaji real vaqtga qadar kuzatiladi. Agar voltaj kritik eshikni (masalan, 24V sistema reytngi, ya'ni 22V) ostiga tushsa, bu umumiy sistema energiyasining yetarli emasligini ko'rsatadi. Kuzatish sistemasi global o'chirish buyrug'idan o'tkazadi, inverter va yuk qurilmalarini himoya qiladi, bu esa AC tomonga energiya sifatini ta'minlaydi.

IV. Asosiy Komponent Tanlash Metodi

PV elementlari va saqlash batareya orasidagi moslashish muammolari bilan borish uchun, bu yechim solar energiya foydalanish effektivligini maksimal qilishga qaratilgan tanlash metodini taklif etadi.

• Asosiy Fikr: Bu sistemada, PV elementining ishlash voltaji batareya voltajiga bog'liq, bu esa ularning voltaj parametrlarining moslashishini muhim qiladi.
• Tanlash Modeli: PV elementi uchun inzhenering matematik modeli (harorat va nurlanish ta'siri e'tiborga olinganda) sistemasining effektivligi η batareya voltaj U_BAT va PV elementining maksimal quvvat noktasi voltaj U_mp funksiyasi sifatida aniqlanadi.
• Xulosa: 3.7V saqlash batareya uchun 3.9V~4.0V oraliqdagi ishlash voltaji bo'lganda, simulatsiya natijalari sistemaning solar energiya foydalanish effektivligini eng yuqori bo'lishini ko'rsatadi, agar PV elementining U_mp qiymati 4.25V ga yaqin bo'lsa. Demak, amaliy tanlashda, PV elementining U_mp qiymati 4.2V ~ 4.3V oraliqda qoldirilishi kerak.

V. Kutulan Natijalar

1. Yuzasidagi Effektivlikni Oshirish: Modul darajasidagi mustaqil ishlash an'anaviy seriyadan tuzilishning o'ziga xos "vedro effekti" va issiq nuqtalarni butunlay o'chiradi, har bir birlikning samarali ishlashini ta'minlaydi. Hamda, PV va saqlash orasidagi to'g'ri voltaj moslashish qo'shimcha shemalar talab qilmasdan MPPT-ga yaqinlashish imkonini beradi, bu esa energiya ishlab chiqarish effektivligini oshiradi.
2. Omil va Ixtiyoriylikni Oshirish: Modul tuzilishi batareya g'aroyibining inkonsistensiyasi sababli paydo bo'lgan balanslash muammolarini butunlay hal etadi, bu esa o'ziga xos zaryadlanish va parchalashni oldini oladi, bu esa umumiy sistema omilini oshiradi. Hierarxik kuzatish strategiyasi yeriydan jahoniy darajagacha bir nechta himoya qatlamlarini ta'minlaydi, bu esa sistemani ixtiyoriy qilib oshiradi.
3. Xarajatni Optimallashtirish va Qulay O&M: Bu dizayn qo'shimcha murakkab MPPT izlovchilari va Batareya Boshqarish Sistemalarini (BMS) talab qilishni bekor qiladi, bu esa hardware xarajatlarini kamaytiradi. Uni "Lego-kabi" arxitekturasi o'rnatish, servis va kengaytirishni juda qulay qiladi. Bitta modulning xato ishlashi umumiy ishlashni ta'sir qilmaydi, bu esa umumiy jamiy omil xarajatlarini kamaytiradi.