Energia Eoliko-Solarra Konbinatutako Sistemaren Optimizazioa: Off-Grid Aplikazioetarako diseinu soluzio orokorra

1. Sarrera eta Kontextua​

​1.1 Energiaren jarduerako iturri bakarreko sistemak duten ahalmen handiko arazoak​

Tradizionala dagoen fotovoltaiko (PV) edo haur eguzki-energiaren eragile batzordeak oinarrizko akatsak dituzte. PV energiaren sortzaileak eguneko zikloen eta eguraldiaren egoeraren mendean daude, eta haur eguzki-energiaren eragileak eolearen bidezko baliabideen estabilitasuna behar ditu, horrek indar handia du energia sortzeko aldatzean. Energia emanaldi jarraitzeko, batuketa handiko bateriak beharrezkoak dira energia gordeko eta orekatzeko. Baina, bateriak maiz aldiz kargatzen eta deskargatzen direnean, arriskutsuak daude baldintza askoz garbiagoetan luze denbora luzez mantentzea, horrek praktikan bateriak dituen biztanleria teorikoaren azpitik geratzen du. Garrantzitsuena, bateriak kostu altuak dituzte, horrek esan nahi du bateriak osasungo dituzten kostu guztien artean PV moduluekin edo haur eguzki-eragileekin batera egiten direla. Beraz, bateriak luzatzeko eta sistema-kostenak murriztzeko ahalmenak bihurtu dira autonomoko sistemen optimizazioaren erronka nagusiak.

​1.2 Higrazko eole-solar eragileak duten abantaila garrantzitsuak​

Higrazko eole-solar eragile teknologia efektiboki gainditzen du iturri bakar baten arteko inbertsioa, bi ereneren berriztagarriak, hau da, PV eta eole eragileak, organikoki batuz. Eole eta solar energia horietan denbora (egun/gau, udaberriak) espazioan komplementarioak dira: egunean argi sendoa denean, gauean hamarrezko haize gehiago izan daiteke; uztailan argi ona badago, udaberri bereziak haize handiagoa izan dezake. Komplementu hau hurrengoak ahalbidetzen ditu:

• Bateriak kargatzeko denbora efektiboki luzatu, horrek bateriak baldintza txikiagoetan mantentzearen ordez, beraz, bateriak dituen biztanleria askoz luzeagoa.
• Bateriak behar dituzten kapasitatea murriztu. Haize eta eguzkia aldi berean ez dauden probabilitatea baxua denez, sistema karga zuzenetik eman dezake, horrek bateri kopuru txikiagoa erabili ahal izango duzu.
• Etxean eta kanpo, ikuspegiak konpontzen ditu higrazko eole-solar sistemak iturri bakarreko eragile batekin konparatuta, indar emanaldian segurtasuna eta biztanleria-kostenetan eraginkortasuna handiagoa dituztela.

​1.3 Diseinu metodoen oraindik dagoen arazoak eta proposatutako soluzioa​

Oraindik sistema diseinuan arazoak daude. Kanpoko simulazio software profesionalak kostu altuak ditu, eta bere modelo oinarriak pribatutasunarekin babestuta daude, horrek zabaltasuna murriztu. Berez, diseinu sinplifikatua gehienetan ez da nahikoa - meteorologiari oinarritzen diote, xehetasunak baztertuz, edo linealki sinplifikatuta daude, horrek zehaztasuna eta aplikagarritasuna murriztu.

Horrela, soluzio hau diseinu metodo exak eta praktikoen multzo bat proposatzen du goiko arazoetarako.

​II. Sistema osagaiak eta teknika oinarriko modelok​

​2.1 Sistemaren arkitektura​

Soluzio honetan diseinatutako higrazko eole-solar eragile sistema bat da, beti laguntza ilegaleko sistema bat da, diezel eragileen laguntza gabeko. Oinarrizko osagaiak hurrengoak dira:

• ​Energia sortzaile unitatea:​​ Eole eragileak, PV matrizea.
• ​Energia gordeko eta kudeaketa unitatea:​​ Bateria bat, kargatzaile kontrolatzailea (kargatzea eta deskargatzea kudeatzeko).
• ​Babestea eta aldatze unitatea:​​ Karga desorbitatua (bateria beroa saihesteko, inbertsioa babesteko), inbertsioa (DC AC-ra aldatu, karga askotarako).
• ​Energia erabilera unitatea:​​ Karga.

​2.2 Zehatzak diren energia sortzaile kalkuluko modelok​

Diseinu optimizatu bat lortzeko, orduko energia sortzaile kalkuluko model zehatzak sortu ditugu.

• ​PV Matrize Modeloa:​​
1. ​Eguzki Irradiazio Transposizioa:​​ Eguzki irradiazio horizontal datuak metereologiko estazioen bitartez neurtu ditu, PV moduluak doitu dituen irradiazioa zehazki transposatzen ditu, zuzeneko irradiazioa, langile irradiazioa eta lurra irradiazioaren aurka kontuan hartuz.
2. ​Moduluaren Ezaugarri Simulazioa:​​ Fisika modelu zehatz bat erabiliz, PV moduluak dituen output karakteristik ez linealak karakterizatzen ditu, irradiazio eta ingurumen tenperatura modulu output tensio eta korrontearen eragina oso kontuan hartuz, energia sortzaile kalkuluen zehaztasuna bermatuz.
• ​Eole Eragile Modeloa:​​
1. ​Haize Abiadura Txantiliku:​​ Metereologiko datuetatik referentzia altuaren haize abiadura haize abiadura aldatzeko lege esponentzialaren arabera eragilearen erreala haize abiaduran txantiliku.
2. ​Indarra Kurba Fit:​​ Segmentatua funtzio bat (haize abiadura tarteen artean binomial ekuazio desberdinak) erabiliz, turbinaren indarra emaitza kurba fit zehatz bat, horrek haize abiadura datuen arabera orduko energia kalkulua zehazki burutzen du.

​2.3 Bateria Dinamikoa Karakteristika Modeloa​

Bateria energia gordeko osagai nagusia da, egoera dinamikoki aldatzen da. Modeloa oinarrian dago:

• ​Carga Estatua (SOC) Kalkulua:​​ Energiaren sortzailea eta karga erabilera arteko harremana oinarrian, bateria kargatzea eta deskargatzea dinamikoki simulatzen ditu, geratzen den kapasitatea zehazki kalkulatzen du, baita praktikan faktore batzuk ere, hala nola, automatikoki deskargatze maila, kargatze efizientzia, eta inbertsio efizientzia.
• ​Kargatze-Deskargatze Kudeaketa:​​ Bateria biztanleria luzatzeko, SOC erabilera eskala arrunta definitzen da (adb., deskargatze maila gehiena 50%ra mugatuz), eta float kargatze tensioa SOC eta ingurumen tenperatura artean lotzen duen model bat sortu da, kargatze egoera zehazki zehazteko.

​III. Sistema Optimizazioa eta Tamaina Metodologia​

​3.1 Indar Emanaldi Segurtasuna Adierazleak​

Diseinua erabiltzaileak adierazitako indar emanaldi segurtasuna betetzeko prioritatekoa da. Punturen nagusiak hurrengoak dira:

• ​Indar Emanaldi Galera Probabilitatea (LPSP):​​ Sistema galera denbora eta balorazio denbora totalaren arteko erlazioa, emanaldi jarraitasuna intuitiboki adierazten du.
• ​Karga Galera Probabilitatea (LLP):​​ Sistema ez du betetzen den karga indar beharren eta behar totalaren arteko erlazioa. Hau da sistemaren optimizazio diseinuarentzat garrantzitsuen adierazlea.

​3.2 Pasoa-pasoko Optimizazio Diseinu Prozesua​

Horrela, soluzio honek sistemak optimizazio prozesu bat onartzen du, helburu horretan gertatzen da, zati-zati zatiak hasi arteko kostu txikiena aurkitzeko.

1. ​Paso 1: Eragile Haize Kapasitate Fix Batentzat PV eta Bateria Konfigurazioa Optimizatu​
• ​Nukleo Lanak:​​ Eragile haize mota eta zenbatekoa finko direnean, PV modulu eta bateria kapasitateen konbinazioa bilatu, aurretik zehazturiko segurtasuna (LPSP) betetzen duena eta osteko kostu guztien gutxienez.
• ​Implementazio Modua:​​ Simulazio kalkuluen bidez, "bilakaera kurba" marraztu, horrek segurtasuna betetzen dituen PV eta bateria konfigurazio guztiak adierazten ditu. Orduan, kostu tangentzia metodoa edo kostu unitarioaren arabera programak bilatu, kostu gutxieneko konbinazio bakarra zehazten du.
2. ​Paso 2: Eragile Haize Kapasitate Aldatzen Denean Optimizazio Orokorra​
• ​Nukleo Lanak:​​ Eragile haize kapasitatea edo zenbatekoa aldatu, Paso 1-ren optimizazio prozesua errepikatu, eta eragile haize kapasitate desberdinetarako konfigurazio onenak eta kostu guztiak lortu.
• ​Zure Eskema:​​ Kandidatu soluzio guztien kostu guztiak konparatu, eta kostu globalen txikieneko haize-PV-bateria konbinazioa aukeratu sistemaren konfigurazio optimizatua izateko.

​3.3 Sistema Prestazio Simulazioa eta Emaitza​

Konfigurazio onena zehaztutako ostean, sistema urteko lanak orduko simulatu daitezke, informazio zehatzak sortuz:

• ​Denbora Espazioa:​​ Orduko bateria estatua, sistema energia oreka.
• ​Estatistika Espazioa:​​ Eguneko/hilabetezko/urteko karga energiaren galera, segurtasun adierazleak (LPSP, LLP), haize/solar energia sortzaile partekatzea, energia hobetsi eta galera egoera, etab.

​IV. Amaitzea​

IEE-Business-en proposatutako higrazko eole-solar eragile sistema optimizazio diseinu metodoa, matematika modelu osoen eta lokalen metereologiko datu zehatz bat oinarrian, sistema konfigurazioa zehazki adieraz dezake, zati-zati zatiak hasi arteko kostu txikiena duelako, erabiltzaile elektrikoa behar ditu eta indar emanaldi segurtasuna betetzen du. Metodo hau efektiboki gainditzen du iturri bakarreko eragile sistema bat, diseinu metodoen murrizketak gainditzen ditu, eta higrazko eole-solar eragile sistema zientifiko, efiziente eta ekonomiko diseinu ariketakentzat tresna baliagarria ematen du, ingeniaritzako aplikazioen aldetan balio handia du.