Samkominn vind- og sólarorkeytakakerfi: Þjálfséð lausn á hönnun fyrir notkun utan netsins

1. Inngangur og bakgrunn​

​1.1 Áhættur einnildis orkugjafarkerfa​

Heimilismenntuðar sólorkugjafakerfi eða vindorkugjafakerfi hafa innbyggðar skorhætti. Sólorkefni er áhrif af dags- og nóttgengi og veðurskilyrðum, en vindorkugjafakerfi byggja á óstöðugum vindorku, sem valdi stórum svifunum í orkuúttekt. Til að tryggja samfelld orkuþjónustu er nauðsynlegt að hafa stórar akkubankar fyrir geymslu og jöfnun. En akkar sem fara oft í afla og lausung geta verið í undirauflaðri stöðu lengi undir erfittum reksturarskilyrðum, sem valdar að raunverulegum notkunartíma sé miklu styttri en fræðileg gildi. Í mörgum tilvikum er hæð kostnaður akka þannig að heildarkostnaður lífsins geti nálgað eða jafntækkt kostnað við sólorkupanel eða vindtakra sjálfrar. Því er að draga út akkalíf og minnka kerfiskostnað hafa orðið kynnhættir í bestun heimilismenntuðra orkugjafakerfa.

​1.2 Mikið áhugaverðar kostir sameiningar vind- og sólorkugjafakerfa​

Sameiningar vind- og sólorkugjafakerfa taka á móti ósamfelldni einnildis orkugjafa með að samanbíða tvær endurbæru orkurörn, sólorku og vindorku. Sólorkefni og vindorku eru náttúrulegar komplimentarar í tíma (dagur/nótt, árstíðir): sterka sól á dag heldur oft saman við mögulega sterkari vind á nætur; góð sóllysing á sumrin má ganga saman við rík orkur af vind á vetur. Þessi komplimentaritetur leyfir:

• Mikilvægt draga út á auflaðan tíma fyrir akka, minnka tíma sem þeir standa undirauflaðir, sem drástískt drágur út akkalíf.
• Minnka á nauðsynlegu akkutíma. Þar sem líkur á því að bæði vind og sól séu ekki tiltækar á sama tíma eru lág, getur kerfið oft auðkennt tölvunni beint, sem gerir mögulegt að nota minni akkubank.
• Heimilisleg og alþjóðleg rannsóknir staðfesta að sameiningar vind- og sólorkugjafakerfa fara yfir einnildis orkugjafakerfi bæði í öruggu orkuþjónustu og lífskostnaðar.

​1.3 Skorhætti núverandi hönnunar aðferða og framkvæmda lausnin​

Núverandi kerfisþróun stendur fyrir áhættum. Starfsmenns háttalíkanarforrit eru dýr, og grunnlíkön þeirra eru oft dulritað, sem hindrar víðtæk notkun. Samtímis eru flestar einfaldu hönnunar aðferðir ónúverandi – annaðhvort þeir byggja of mikið á veðurmeðaltölum án athygli á smáatriðum, eða notast við línuleg einföldu líkön sem valda takmarkaðri nákvæmni og drepaðri notkunargildi.

Þessi lausn ætti að framkvæma sett nákvæmur og notkunargildar tölvuhjálpaðar hönnunar aðferða til að leysa þessar vandamál.

​II. Kerfisskipan og grunnlíkön tekníska efna​

​2.1 Kerfisskipan​

Sameiningar vind- og sólorkugjafakerfi sem er hönnuð í þessari lausn er fullkomn heimilismenntuð kerfi, án stuðningsvegs orkuþjónustu eins og dieseltök. Grunnhlutirnir eru:

• ​Orkugjafahlutur:​​ Vindtakar, sólpanelgerð.
• ​Geymslu- og stjórnunareining:​​ Akkubanki, aflastaða (til að stjórna afla og lausung).
• ​Vörðun- og umbreytingareining:​​ Afleiðsla (verndar gegn akkaoflausa, vörður umbreytitara), umbreytitari (umbreytir DC í AC til að uppfylla mestu hluti af tölvunum).
• ​Tölvunareining:​​ Tölvun.

​2.2 Nákvæm orkugjafa reikningarlíkön​

Til að ná bestu hönnun hefurum við stofnuð nákvæm timabilsgreind orkugjafa reikningarlíkön.

• ​Sólpanelgerð líkan:​​
1. ​Sólrétt samskeyting:​​ Notar aðfangalegt sky diffuse líkan til að nákvæmt samskeyta sólréttu geislaröðum mældum af veðurstöðum á geislaröðum sem lýsa á hrápstuðla sólpanelgerð, með heimsyn á beinum geislaröð, sky diffuse geislaröð, og jarðar-endurhekkingu.
2. ​Panel eiginleika myndun:​​ Notar nákvæmt eðlisfræðilegt líkan til að lýsa ekki-línulegum úttekts eiginleikum sólpanelgerð, með heimsyn á áhrifum geislaröð og umhverfis hita á panel úttekt spenna og straum, sem tryggir nákvæmni orkugjafa reikninga.
• ​Vindtakar líkan:​​
1. ​Vindhraða réttindi:​​ Réttir viðmiðaða hæðar vindhraða af veðurgögnum til raunverulegra hub hæðar vindhraða eftir eksponenslögum sem stýrir breytingu vindhraða með hæð.
2. ​Orkukurva passun:​​ Notar hlutmengið fall ( mismunandi tvíliðar jöfnur fyrir mismunandi vindhraða bil) til að ná hágildi passun á verkara raunverulegu orkuafla ferli, sem gerir mögulegt nákvæm timabilsgreind orkureikninga eftir vindhraðagögnunum.

​2.3 Akkudynámísk eiginleika líkan​

Akkur er grunn geymslu hlutur, sem breytist dynámískt. Líkanin fokusera á:

• ​Afkoma (SOC) reikningur:​​ Dynámískt myndar akka afla og lausung ferli eftir tengslum milli orkugjafa og tölvunar á hverju tímapunkti, nákvæmt reiknar áfengi, með heimsyn á raunverulegum ástæðum eins og sjálfslausungshraða, afla hagnýting, og umbreytitari hagnýting.
• ​Afla-og lausung stjórnun:​​ Til að draga út akkalíf, er skilgreint rökleg SOC vinnumengi (t.d. takmarka hámarks djúp lausung við 50%), og mynduð er líkan sem tengir flytenda afla spenna við SOC og umhverfis hita til að nákvæmt ákvarða afla skilyrði.

​III. Kerfisbestun og stærða aðferð​

​3.1 Orkuþjónustu öruggu mælingar​

Hönnunin leggur áherslu á að uppfylla notanda skilgreinda orkuþjónustu öruggu kröfur. Aðalskilyrði eru:

• ​Tap orkuþjónustu líkur (LPSP):​​ Hlutfall kerfis brottnings tíma við heildarvärðsmatstíma, sem skýr samfellda orkuþjónustu.
• ​Tap tölvunar líkur (LLP):​​ Hlutfall tölvunar orkukrafna sem kerfið ekki uppfyllir af heildar krafnum. Þetta er aðal skilyrði fyrir kerfis bestun hönnun.

​3.2 Skref fyrir skref bestun hönnun ferli​

Þessi lausn notar kerfisleg bestun ferli, með markmiði að minnka upphaflega búnaðarkostnað til að finna besta skipun.

1. ​Skref 1: Bestun sólpanelgerðar og akka skipan fyrir fastan vindtakar stærð​
• ​Kerfisleg verkefni:​​ Undir skilyrðum að vindtakar gerð og fjöldi séu fastir, finna sólpanelgerð og akka stærðir sem uppfylla skilgreinda öruggu mælingar (LPSP) og valda lægstu heildarbúnaðarkostnað.
• ​Uppfærsla aðferð:​​ Með myndunarreikningum, teikna "jafnvægi ferill" sem lýsir allar sólpanelgerð og akka skipanir sem uppfylla öruggu kröfur. Síðan, með kostnaðar tangents aðferð eða tölvuprogram val eftir búnaðar einingar verð, ákvarða eina besta skipun með lægstu kostnað.
2. ​Skref 2: Heilska bestun með breytingu vindtakar stærð​
• ​Kerfisleg verkefni:​​ Breyta vindtakar stærð eða fjölda, endurtaka bestun ferli í skref 1, og fá runu af besta skipun og þeirra samsvarandi kostnað fyrir mismunandi vindtakar stærðir.
• ​Endileg ákvörðun:​​ Samanburður allra kandidata lausna heildarkostnað og velja vind-sól-akkur skipun með lægstu heildarkostnað sem lokalega bestu kerfis skipun.

​3.3 Kerfis prestanda myndun og úttak​

Eftir að ákvarða besta skipun, getur kerfis árs keyrsla verið mynduð klukkutíma fyrir klukkutíma, sem gerir nákvæmar skýrslur eins og:

• ​Tímamörk:​​ Klukkutíma akka afkoma, kerfis orku jafnvægi.
• ​Tölfræði mörk:​​ Dagur/mánuður/ár ekki uppfyllt tölvunar orka, öruggu mælingar (LPSP, LLP), vind/sól orkugjafa hlutfall, orku flóð og mangl afstaða, o.s.frv.

​IV. Endir​

Bestun aðferð fyrir sameiningar vind- og sólorkugjafakerfa sem er framkvæmd í þessari lausn, byggð á heildarmengdum stærðfræðilegra líkana og nákvæmum staðbundið veðurgögn, getur einmitt ákvarða kerfis skipun með lægstu upphaflega búnaðarkostnað með að uppfylla ákveðna notanda orku krafna og orkuþjónustu öruggu kröfur. Þessi aðferð efst á skorhætti einnildis orkugjafakerfa, yfirleitir takmarkanir núverandi hönnunar aðferða, og gefur kraftfulla tól fyrir vísindaleg, hagnýtt, og hagkvæm hönnun sameiningar vind- og sólorkugjafakerfa, sem hefur mikil gildi fyrir verklega notkun.