Akwụkwọ Nsọpụrụ Nri Ụfọdụ na Nsọpụrụ Nri Ụwa na Fuzzy-PID Control maka Ịhụnanya dị Mma ịkwalite Nsọpụrụ Nri na MPPT

Abstrak​

Proposisi ini mempersembahkan sistem pembangkit listrik hibrid angin-matahari berbasis teknologi kontrol canggih, bertujuan untuk secara efisien dan ekonomis menangani kebutuhan listrik di daerah terpencil dan skenario aplikasi khusus. Inti dari sistem ini terletak pada sistem kontrol cerdas yang berpusat pada mikroprosesor ATmega16. Sistem ini melakukan Pelacakan Titik Daya Maksimum (MPPT) untuk energi angin dan matahari serta menggunakan algoritma yang dioptimalkan dengan kombinasi PID dan kontrol fuzzy untuk manajemen pengisian/pengosongan baterai yang tepat dan efisien. Dengan demikian, hal ini secara signifikan meningkatkan efisiensi pembangkitan listrik secara keseluruhan, memperpanjang umur baterai, dan memastikan keandalan dan efisiensi biaya pasokan listrik.

​I. Latar Belakang Proyek dan Kepentingannya​

1. ​Konteks Energi:​​ Secara global, bahan bakar fosil tradisional semakin habis, menyebabkan tantangan serius bagi keamanan energi dan pembangunan berkelanjutan. Mengembangkan dan memanfaatkan sumber energi baru yang bersih dan dapat diperbaharui seperti tenaga angin dan matahari telah menjadi prioritas strategis dalam menyelesaikan masalah energi dan lingkungan saat ini.
2. ​Nilai Sistem:​​ Sistem hibrid angin-matahari memanfaatkan sepenuhnya karakteristik komplementer alami dari energi angin dan matahari dalam hal waktu dan geografi (misalnya, sinar matahari kuat siang hari, potensi angin lebih kuat malam hari), mengatasi intermitensi pembangkitan daya sumber tunggal. Ini adalah solusi pasokan listrik mandiri yang strukturnya rasional, dengan biaya operasional rendah, yang secara efektif menyelesaikan masalah pasokan energi untuk fasilitas seperti perumahan, stasiun pangkalan komunikasi, dan stasiun pemantauan meteorologi di daerah terpencil yang tidak atau kurang dialiri listrik.
3. ​Kepentingan Komponen Inti:​​ Baterai, sebagai unit penyimpanan energi sistem, sangat penting untuk memastikan pasokan listrik yang berkelanjutan ke beban selama periode tanpa angin atau sinar matahari. Biayanya merupakan bagian signifikan dari seluruh sistem pembangkitan listrik. Oleh karena itu, meningkatkan efisiensi pengisian baterai dan mengoptimalkan strategi pengisian/pengosongannya untuk memperpanjang umur layanan sangat penting untuk mengurangi biaya siklus hidup sistem dan meningkatkan keandalan operasional.

​II. Desain Sistem Keseluruhan​

1. ​Tujuan Inti Sistem:​​
• ​Optimasi Penangkapan Energi:​​ Melakukan kontrol optimal untuk efisiensi maksimal pada listrik yang dihasilkan oleh turbin angin dan panel fotovoltaik, mencapai Pelacakan Titik Daya Maksimum (MPPT) untuk memanfaatkan sumber daya alam secara penuh.
• ​Manajemen Sistem Penyimpanan Energi:​​ Mengelola proses pengisian dan pengosongan baterai secara cerdas, mencegah overcharging dan over-discharging, melindungi baterai secara efektif, dan secara signifikan meningkatkan efisiensi pengisian dan umur layanannya.
2. ​Arsitektur Perangkat Keras Sistem:​​

Sistem terdiri dari tiga modul fungsional utama, yang dikoordinasikan oleh CPU kontrol pusat untuk membentuk sistem kontrol cerdas yang lengkap.

​III. Teknologi Kontrol Inti: Manajemen Baterai Cerdas​

1. ​Pemilihan dan Dasar Baterai:​​
• ​Jenis:​​ Solusi ini memilih baterai timbal-asam bebas perawatan, yang sudah matang secara teknologi dan murah, cocok untuk sistem hibrid angin-matahari skala kecil.
• ​Prinsip Kerja:​​ Pengisian dan pengosongan baterai pada dasarnya adalah proses konversi energi listrik ke energi kimia dan sebaliknya. Namun, karena fenomena seperti polarisasi elektroda, efisiensi konversi energi tidak dapat mencapai 100%.
2. ​Tantangan Kontrol dan Strategi Optimasi:​​
• ​Kelemahan Kontrol Tradisional:​​ Metode kontrol PID klasik sangat bergantung pada model matematika yang akurat dari objek yang dikendalikan (baterai). Baterai adalah sistem non-linier, bervariasi seiring waktu, di mana parameternya (resistansi internal, kepadatan elektrolit, dll.) berubah secara dinamis dengan suhu lingkungan dan keadaan penggunaan, sehingga sulit untuk membuat model yang tepat. Hal ini menyebabkan tantangan dalam penyetelan parameter PID tradisional, adaptabilitas yang buruk, dan kinerja kontrol yang kurang optimal.
• ​Metode Kontrol Canggih yang Diadopsi:​​ Solusi ini menggunakan strategi kontrol komposit Fuzzy-PID, menggabungkan kelebihan keduanya:
• ​Kelebihan Kontrol Fuzzy:​​ Tidak memerlukan model matematika yang tepat dari objek yang dikendalikan, dapat menangani informasi input yang tidak pasti, memiliki adaptabilitas yang kuat terhadap perubahan parameter baterai, dan dapat mengintegrasikan pengetahuan ahli.
• ​Kelebihan Kontrol PID:​​ Dapat mencapai kontrol presisi tinggi, tanpa kesalahan steady-state ketika deviasi sistem kecil.
• ​Alur Kerja Kontroler:​​ Sistem secara terus-menerus memantau perbedaan e(t) antara tegangan set baterai dan tegangan aktualnya. Ketika deviasi e(t) besar, kontrol fuzzy mendominasi untuk respons cepat. Ketika e(t) berkurang dalam rentang tertentu, ia beralih dengan mulus ke kontrol PID untuk penyetelan halus. Akhirnya, sinyal keluaran u(t) disesuaikan untuk mengontrol siklus kerja MOSFET, mencapai optimasi dinamis arus pengisian.

​IV. Ringkasan Solusi dan Prospek​

• ​Kefektifan Kontrol:​​ Sistem kontrol pembangkit listrik hibrid angin-matahari yang dirancang dalam solusi ini berhasil mencapai manajemen pengisian/pengosongan baterai yang optimal melalui algoritma kontrol Fuzzy-PID yang komplementer. Ini tidak hanya melindungi baterai secara efektif dan memperpanjang umur layanannya, tetapi juga meningkatkan efisiensi penangkapan energi angin dan matahari melalui MPPT, sehingga meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem pembangkitan listrik.
• ​Verifikasi Eksperimental:​​ Hasil eksperimen menunjukkan bahwa kontroler dirancang dengan benar dan layak, beroperasi dengan aman dan andal, dan menunjukkan kinerja respons dinamis dan akurasi steady-state yang baik.
• ​Prospek Aplikasi:​​ Solusi pembangkit listrik hibrid angin-matahari terintegrasi dengan teknologi manajemen baterai cerdas ini sangat cocok untuk skenario seperti daerah terpencil tanpa cakupan jaringan, pulau, padang rumput, dan stasiun pangkalan komunikasi. Solusi ini menawarkan manfaat ekonomi dan sosial yang signifikan dan memiliki prospek aplikasi yang luas.