Eraikin Eoliko-Solarra Sistemaren Optimizazioa: Off-Grid Aplikazioentzako Disegin Soluzio Osoa
Sarrera eta Kontextua
1.1 Energiaren jarduerako iturri bakarreko sistemak duten arazoak
Tradizionala dagoen fotovoltaiko (PV) edo haur eguzki-energia eragileak dituzten sistema batzuk kaltetasun arruntak dituzte. PV enerziaren sortzaileak eguneroko zikloetan eta eguraldi-baldintzetan oinarritzen dira, haur eguzki-energiak berriz, aire-uhineko iturri instabiletan oinarritzen da, horrek indarraren emarpenen aldagortasun handiak eragiten ditu. Energiaren emarpen jarraitzeko, energia biltegiratzeko eta orekatzea egiteko, kapasitate handiko pilak beharrezkoak dira. Baina, pilak maiz askotan kargatzen eta deskargatzen direnean, kondizio espresibide harritasun handiok dituzten egoeran, pilak denbora luzez kargatu gabe geratzen dira, horrek bere bizitza praktikoa teorikoa baino laburragoa egin du. Garrantzitsuena, pilen kostu altuak pilen kostu orokorra moduluekin edo haur eguzki-energiako turbinarekin berdina izan dezake edo gehiago. Beraz, pilen bizitza luzatzeko eta sisteman kostuak murrizteko ariketa optimizazioa da.
1.2 Haur eguzki-energia eta haur energia osagarriko sistema batentzat duten abantaila nabarmenak
Haur eguzki-energia eta haur energia osagarriko teknologia bi energia berriztagarri hauen konbinazio organikoak erabiliz, energia iturri bakarreko intermitentsia gainditzen du. Eguzkia eta aire-uhinea denbora eta estazioen artean (egun/gau, udaberriak): egunean eguzki argia dauden neurrian gauetan aire-uhin handiagoa izaten da; eguzki iradi ona dauden urte-ehunetan aire-uhin handiagoa dauden urte-geuretan. Hona hemen honen ondorioak:
Pilak kargatzeko denbora efektiboki handitu, horrek pilak kargatu gabe geratzen diren denbora murriztuko du, pilen bizitza praktikoa handituz.
Pil kopuru murriztea. Aire-uhin eta eguzki-energia biak aldi berean ez daudela eskuragarri probabilitate txikiak direnez, sistema karga zuzenean eman dezake, horrek pilen tamaina txikiagoa erabil dezakeelako.
Ezagutza eta ikerketa internazionalak haur eguzki-energia eta haur energia osagarriko sistemak energia iturri bakarreko sistemak baino segurtasun handiagoa eta kostu orokorrean ahalik eta baxuagoa lortzen dituztela frogatzen dute.
1.3 Diseinu metodo existenteen arazoak eta proposatutako soluzioa
Uneko diseinu-sistema arazoak ditu. Kanpo landetako profesional simulazio software-a kostu altua da, eta bere modelo nagusiak pribatutasuna ditu, horrek hedapen handia eragiten du. Berez, diseinu metodo sinplifikatu gehienak ez dira nahikoa - edo eguraldi datuen batazbestekoak erabiltzen dituzte xehetasunik gabe, edo linealeko modelu sinplifikatuak erabiltzen dituzte, horrek zehaztasuna eta aplikagarritasuna murriztu.
Horren soluzioari esker, diseinu metodo exaktu eta praktikoak proposatzen dira goiko arazoak ebazteko.
II. Sistemaren Osagaiak eta Teknikoaren Nukleoko Modeluak
2.1 Sistema Arkitektura
Horren soluzioan diseinatutako haur eguzki-energia eta haur energia osagarriko sistema bat sistema oso independentea da, beste iturri sekundarioak bezala diesel generatzaileak gabe. Osagai nagusiak hauek dira:
Energia Sortzaile Unitatea: Haur eguzki-energiako turbinak, PV matrizea.
Energia Biltegiratze eta Kudeaketa Unitatea: Pil-taldea, kargatu kontrolagailua (kargatze eta deskargatze kudeatzeko).
Babestea eta Aldaketa Unitatea: Divertitze karga (pilak kargatu gabe geratzen saiatzen du, inbertsore babesten du), inbertsorea (DC ACra aldatzen du, karga gehienak behar dituzten eskaeren beteatzeko).
Energia Erabilera Unitatea: Karga.
2.2 Energia Sortzaile Kalkulatzeko Modelu Zehatzak
Diseinu optimizatu lortzeko, orduko energia sortzaile kalkulatzeko modelu zehatzak sortu ditugu.
PV Matrizearen Modelua:
Eguzki Irradiazio Transposizioa: Anisotropiko sky diffuse modelu aurreratua erabiliz, meteorologiako datuetarako neurtutako horizontal eguzki irradiazio datuak PV matrizearen maila obliku batetik transposatzen ditu, eguzki iradi zuzena, sky diffuse radiation, eta lurreko reflektadura kontuan hartuta.
Modulua Karakteristikaren Simulazioa: Modulua karakteristika fisikoa zehatzeko modelu fisikoa erabiliz, PV moduluak dituen output karakteristik ez-linealak, iradiazio eta ingurumen tenperatura moduluaren output volts eta amperetatik eragindako efektu guztiak kontuan hartuta, energia sortzaile kalkulatzeko zehaztasuna lortzeko.
Haur Turbina Modelua:
Aire-uhin Abiadura Zuzenketa: Meteorologiako datuetatik ateratutako aire-uhin abiadura referentzia-altuera aire-uhin abiadura zuzentzen du, aire-uhin abiadura aldaketaren lege esponentziala kontuan hartuta.
Indarra Kurba Fitting: Segmentatutako funtzioa (aire-uhin abiadura tarteen arabera binomial ekuazio desberdinak) erabiliz, turbina indarra output kurba zehatz fit egiten du, horrek aire-uhin abiadura datuetan oinarrituta orduko energia kalkulatzeko ahalmen ematen du.
2.3 Pil Dinamikoa Karakteristikaren Modelua
Pila energia biltegiratze osagai nagusia da, egoera dinamikoki aldatzen duena. Modeluak hauetan oinarritzen da:
Kargatze Egoera (SOC) Kalkulua: Egoera dinamikoki kargatze eta deskargatze prozesuak simulatzen ditu, indarra sortzeko eta karga erabiltzeko arteko harremana kontuan hartuta, geratzen diren kapasitatea zehazki kalkulatzen du, baita praktikan faktoreak ere, hala nola self-discharge rate, kargatu efizientzia, eta inbertsore efizientzia.
Kargatze-Deskargatze Kudeaketa: Pilen bizitza luzatzeko, SOC egoera osoa zehazki definitzen da (adibidez, deskargatze maximoa 50%ra mugatuta), eta float charge voltage SOC eta ingurumen tenperaturarekin lotutako modelu bat sortzen da, kargatze egoera zehazki adierazteko.
III. Sistemaren Optimizazioa eta Tamaina Metodologia
3.1 Indarra Emateko Segurtasun Indikadoreak
Diseinuak erabiltzaileak zehaztutako indarra emateko segurtasun eskakia betetzeko prioritate ematen dio. Indikadore garrantzitsuenak hauek dira:
Indarra Emateko Probabilitatea Galdua (LPSP): Sistema galderako denbora totalaren eta balorazio denboraren arteko arrazoia, ematen du segurtasun jarraitasuna.
Karga Probabilitatea Galdua (LLP): Sistema ezin duen karga indarra emateko totalaren eta eskatutako arteko arrazoia. Hau da sistema optimizazio diseinuarentzat garrantzitsuen indikadore nagusia.
3.2 Pasoa pasoko Optimizazio Diseinu Prozesua
Horren soluzioak sistemako optimizazio prozesu sistemazkoa hartzen du, helburuari ekipoen kostu hasierak minimizatzea, konfigurazio onena aurkitzeko.
1. Pausu: Wind Turbine Kapasitate Finko baterako PV eta Battery Konfigurazioa Optimizatu
Nukleo Eskaintza: Wind turbine modelua eta kopurua finko diren kasuan, PV modulu eta battery kapasitateen konbinazioa aurkitu, baldintzatutako fidagarritasun indikadorea (LPSP) betetzen duen eta ekipoen kostu guztira txikiena ematen duena.
Implementazioa: Simulazio kalkuluak eginez, "balance kurba" marraztu, fidagarritasun eskakia betetzen duten PV eta battery konfigurazio guztiak adierazten dituena. Ondoren, kostu tangent metodoa edo ekipo-unitate prezioetan oinarrituta, programaren bitartez, kostu txikiena duen konbinazio bakarra zehaztu.
2. Pausu: Wind Turbine Kapasitate Aldatuz Global Optimizazioa
Nukleo Eskaintza: Wind turbine kapasitatea edo kopurua aldatu, 1. pausuaren optimizazio prozesua errepikatu, eta wind turbine kapasitate desberdinetarako optimo-konfigurazio serie bat eta kostu horiei dagokionak lortu.
Zigorrezko Erabakia: Kandidatu soluzio guztien kostu guztiak alderatu, eta kostu global txikiena duen wind-PV-battery konbinazioa hautatu, optimizatutako sistema konfigurazio finala.
3.3 Sistemaren Prestazio Simulazioa eta Output
Optimizatutako konfigurazioa zehaztuta, sistema urteko funtzioa orduko simulatu dezake, detaliatutako txostenak sortuz:
Denbora Dimentsioa: Orduko battery kargatze egoera, sistema energiaren orekatzea.
Estatistika Dimentsioa: Eguneko/hilabeteko/urteko karga indarra, fidagarritasun indikadoreak (LPSP, LLP), wind/solar indarra sortzeko partekada, energia sobrante eta falta situazioak, etab.
IV. Iraultza
Horren soluzioan proposatutako haur eguzki-energia eta haur energia osagarriko sistema optimizazio diseinu metodoa, matematika modelu osoen eta meteorologiako datu zehatz lokalaren oinarrian, sistema konfigurazioa zehazki determinatzen du, indarra emateko fidagarritasun eskakia eta erabiltzaileak behar dituzten elektrizitate eskakia betetzen ditu, eta ekipoen kostu hasierak minimo ditu. Horren metodoak energia iturri bakarreko sistemaren arazoak ebazten ditu, diseinu metodo existenteen murrizketak gainditzen ditu, eta haur eguzki-energia eta haur energia osagarriko sistema diseinatzeko zientifiko, efiziente eta ekonomikoki ahalik eta hobeto diseinatzeko tresna garrantzitsu bat ematen du, ingeniaritzako aplikazioetan balio handia du.
