हाइब्रिड वायु-सौर ऊर्जा प्रणाली अनुकूलन: ऑफ-ग्रिड अनुप्रयोगका लागि एक सम्पूर्ण डिझाइन समाधान

1. परिचय र पृष्ठभूमि

१.१ एकल स्रोत विद्युत उत्पादन प्रणालीहरूका चुनौतीहरू

परम्परागत अकेली फोटोवोल्टेइक (PV) वा हावाको शक्ति उत्पादन प्रणालीहरूमा आफ्नैं दोषहरू छन्। PV शक्ति उत्पादन दिनरातको चक्र र मौसमको भन्दा प्रभावित हुन्छ, जबकि हावाको शक्ति उत्पादन अस्थिर हावा स्रोतमा निर्भर छ, यसले शक्ति उत्पादनमा ठूला झटका ल्याउँछ। निरन्तर शक्ति आपूर्ति गारन्टी गर्न, ऊर्जा संचयन र संतुलनका लागि ठूलो क्षमताका बैटरी बैंक आवश्यक छ। तर, बारम्बार चार्ज-डिस्चार्ज चक्रमा रहेका बैटरीहरू दुर्दैवी परिस्थितिमा लामो समयसम्म अपर्याप्त चार्जमा रहन सक्छ, यसले वास्तविक सेवा जीवन थ्योरिटिकल मानलाई धेरै छोटा बनाउँछ। अधिक महत्वपूर्ण रूपमा, बैटरीको उच्च लागतले उनीहरूको कुल लाइफसाइकल लागत PV मॉड्यूल वा हावा टर्बाइनहरूको लागतलाई बराबर वा यसबाट बढी बनाउँछ। यसैले, बैटरीको जीवनकाल बढाउन र प्रणालीको लागत घटाउनले अकेली शक्ति प्रणालीहरूको अनुकूलनका लागि मुख्य चुनौतीहरू बनेका छन्।

१.२ हाइब्रिड हावा-सूर्य शक्ति उत्पादनको महत्वपूर्ण फाइदाहरू

हाइब्रिड हावा-सूर्य शक्ति उत्पादन प्रौद्योगिकीले दो अनुपुनरावृत्त ऊर्जा स्रोतहरू, यानी PV र हावा शक्ति, लाई जोड्दै एकल ऊर्जा स्रोतको अनियमिततालाई प्रभावी रूपमा जित्न सक्छ। हावा र सूर्य ऊर्जा दिन/रात, ऋतुहरूमा समयमा प्राकृतिक पूरकता देखाउँछ: दिनमा बलियो सूर्यको प्रकाश र रातमा बलियो हावा यस्तो भएको देखिन्छ; गर्मीमा राम्रो सूर्य विकिरण र सर्दीमा अधिक हावा स्रोत यस्तो भएको देखिन्छ। यस पूरकताले यस प्रकारको फाइदा दिन सक्छ:

• बैटरीको चार्जिङ लागि प्रभावी समयको बढाउन, अपर्याप्त चार्जिङ अवस्थामा बिताउने समय घटाउन, यसले बैटरीको सेवा जीवनकाललाई धेरै बढाउँछ।

• आवश्यक बैटरी क्षमताको घटाउन। यदि हावा र सूर्य दुवै एकसाथ उपलब्ध नहुने सम्भावना थोरै छ, त्यसैले प्रणाली अक्सर लोडलाई तुरुन्तै शक्ति दिन सक्छ, यसले लामो क्षमताको बैटरी बैंकको उपयोग गर्न सक्षम बनाउँछ।

• घरेलू र अन्तर्राष्ट्रिय अध्ययनहरूले पुष्टि गर्छन् कि हाइब्रिड हावा-सूर्य प्रणालीहरू एकल स्रोत शक्ति उत्पादन प्रणालीहरूबाट शक्ति आपूर्ति विश्वसनीयता र लाइफसाइकल लागत-प्रभावी मापदण्डमा उत्तम छन्।

१.३ अस्तित्वमा रहेका डिजाइन विधिहरूको कमियाहरू र प्रस्तावित समाधान

हालको प्रणाली डिजाइन चुनौतीहरूसँग सामना गर्दै छ। विदेशी विशेषज्ञ सिमुलेशन सॉफ्टवेयरहरू लामो लागतका छन्, र उनीहरूको मुख्य मॉडलहरू अक्सर गोपनीय छन्, यसले व्यापक उपयोगलाई रोक्दछ। त्यसैले, धेरै सरल डिजाइन विधिहरू अपर्याप्त छन्—यसीहरू अक्सर मौसमी औसत डाटामा अधिक निर्भर रहेका छन्, विवरणहरूलाई अनदेखि गर्दछन्, वा रेखीय सरलीकृत मॉडलहरू प्रयोग गर्दछन्, यसले सीमित परिशुद्धता र दुर्बल उपयोगीता दिन्छ।

यो समाधान उपर्युक्त मुद्दाहरूलाई समाधान गर्न एक शुद्ध र उपयोगी कंप्युटर-सहायक डिजाइन विधिहरूको समुच्चय प्रस्ताव गर्नेछ।

II. प्रणालीको संरचना र मुख्य तकनीकी मॉडलहरू

२.१ प्रणालीको आर्किटेक्चर

यस समाधानमा डिजाइन गरिएको हाइब्रिड हावा-सूर्य शक्ति उत्पादन प्रणाली पूर्ण अकेली ऑफ-ग्रिड प्रणाली हो, डिजेल जनरेटर जस्ता बैकअप शक्ति स्रोतहरू छैन। मुख्य घटकहरू यस प्रकार छन्:

• शक्ति उत्पादन इकाई: हावा टर्बाइन जनरेटर, PV एरे।

• ऊर्जा संचयन र प्रबंधन इकाई: बैटरी बैंक, चार्ज कन्ट्रोलर (चार्ज र डिस्चार्ज प्रबंधनका लागि)।

• संरक्षण र रूपांतरण इकाई: विचलन लोड (बैटरी ओवरचार्ज र इन्वर्टर संरक्षण), इन्वर्टर (DC को AC मा रूपांतरण, धेरै लोड आवश्यकतालाई पूरा गर्न)।

• शक्ति उपभोग इकाई: लोड।

२.२ शुद्ध शक्ति उत्पादन गणना मॉडलहरू

अनुकूलित डिजाइन पार्न, हामीले शुद्ध घण्टाको शक्ति उत्पादन गणना मॉडलहरू स्थापना गरेका छौं।

• PV एरे मॉडल:

1. सौर विकिरण ट्रान्सपोजिशन: एउटा उन्नत अनिसोट्रोपिक स्काई डिफ्यूज मॉडल प्रयोग गरेर मौसम चरणहरूद्वारा मापिएको अनुक्रमिक सौर विकिरण डाटालाई PV मॉड्यूलहरूको टाइल्ड सतहमा आगत विकिरणमा शुद्ध रूपमा ट्रान्सपोज गर्न सकिन्छ, सीधा बीम विकिरण, स्काई डिफ्यूज विकिरण, र भूमिको प्रतिबिम्बित विकिरण यसबीच विचार गर्दछ।

2. मॉड्यूल विशेषता सिमुलेशन: एक शुद्ध भौतिक मॉडल प्रयोग गरेर PV मॉड्यूलहरूको गैर-रेखीय उत्पादन विशेषतालाई विशेषता दिन सकिन्छ, आप्तिक विकिरण र वातावरण तापक्रमको प्रभावलाई पूर्ण रूपमा विचार गरेर मॉड्यूलको उत्पादन वोल्टेज र विद्युत गणनाको परिशुद्धता गारन्टी गर्न सकिन्छ।

• हावा टर्बाइन मॉडल:

1. हावा गति संशोधन: मौसम डाटामा रेफरेन्स उच्चताको हावा गतिलाई वास्तविक हब उच्चताको हावा गतिमा उच्चताको लगान अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अनुसार अ......