Maliyyət Yaxşılaşdırıcı Rüzgar-Güneş Hibrit Həll: Buck-Boost Konverter və Ağıllı Zərurət Cariyyəsi Sistemin Maliyyətini Azaldır

Xülası​

Bu həll yolu, innovativ və yüksək effektivliyə malik rüzgar-güneş hibridləri olan enerji nəqliyyat sistemini təklif edir. Mövcud texnologiyaların asılıqlarını - kiçik enerji istifadəsi, qısa batarya ömrü və zəif sistem stabilliyi kimi - nəzərə alaraq, sistem tamamilə rəqəmsal idarə olunan buck-boost DC/DC konverterlər, paralel interleave texnologiyası və akıllı üç mərhələli şarj alqoritmlərindən istifadə edir. Bu, daha geniş rüzgar sürəti və günəş işığı diapazonunda maksimum enerji nöqtəsinin izlənilməsini (MPPT) təmin edir, bu da enerjinin effektivlikdən istifadəsini ciddi dərəcədə artırır, bataryanın xidmət müddətini uzunlaşdırır və ümumi sistem maliyyətini azaldır.

​1. Giriş: Sənayenin Problem Nöqtələri və Mövcud Asılıqlar​

Tradisional rüzgar-güneş hibrid sistemləri, onların geniş yayılmasına və maliyyət etibarlılığına mane olan çoxlu asılıqlarla ehtiyacda:

• ​Dar Daxil Voltaj Diapazonu:​​ Sistəmlər adətən sadə buck konverterlərdən istifadə edirlər, bu konverterlər yalnızca rüzgar turbinası və ya günəş paneli tərəfindən yaratılan voltaj batarya voltajını aşdıqda bataryanı şarj edə bilirlər. Yeganə rüzgar və ya zəif işıqlaşma şəraitində yaratılan voltaj yetərsizdir, bu da yenilənən enerjinin israfına səbəb olur.
• ​Serius Enerji Israfı:​​ Rüzgar və ya günəş enerjisi çox olduğunda, tradisional sistəmlər adətən rezistorlara (dummy loads) əsaslanaraq artıq elektrik enerjisini istilik kimi ləğv edirlər, bu da bataryanın aşırı şarjlanmasını qarşılayır və böyük enerji israfına səbəb olur.
• ​Qısa Batarya Ömrü:​​ Yukarıdakı enerjinin yetərsiz istifadəsi və qeyri-tamamlanan aşırı şarj koruma mekanizmləri səbəbindən, bataryalar adətən altında şarj və ya aşırı şarj olaraq qalır, bu da onların dövrünə aid ömrünü ciddi dərəcədə azaltır və baxış maliyyətlərini artırır.
• ​Aşağı İdarəetmə Dəqiqliyi və Zəif Stabililiyi:​​ Çoxsaylı sistem sadə idarəetmə strategiyalarından istifadə edir, dəqiq voltaj və amperaj regulasiyası olmayanda, bu da enerjinin keyfiyyətini instabil edir. Güvenilir yük işləməsini təmin etmək üçün daha böyük kapasitəli nəqliyyat və saxlama ekipmanları lazımdır, bu da ilk investisiyanı artırır.

​2. Həll Yolunun Əsas Komponentləri​

Bu sistem, akıllı, effektiv enerji saxlaması, nəqliyyatı və paylanmasını təmin edən 11 əsas komponentdən ibarətdir.

​3. Əsas Texniki Avantajlar​

​3.1 Geniş Daxil Voltaj Diapazonu İlə Buck-Boost DC/DC Konverter​

• ​Əsas Texnologiya:​​ Həm rüzgar, həm də günəş konverterləri buck-boost DC/DC topologiyasından istifadə edirlər.
• ​Həll Edilən Problem:​​ Tradisional buck konverterlərin voltaj məhdudiyyətlərini aşır.
• ​Aşağı Daxil Voltaj (Boost Rejimi):​​ Rüzgar sürəti nominal qiymətin altında (rpm < ω₀) və ya işıqlaşma yetərsiz olduqda, yaratılan voltaj batarya voltajının altında olduqda, konverter avtomatik olaraq Boost rejimində işləyir və voltajı artıraraq şarj edir.
• ​Yuxarı Daxil Voltaj (Buck Rejimi):​​ Rüzgar/güneş mənbələri çox olduqda və yaratılan voltaj batarya voltajını aşdıqda, konverter avtomatik olaraq Buck rejimində şarj edir.
• ​İki Tətbiq Etme Skemaları:​​
• ​Kaskad Buck-Boost DC/DC:​​ Ayrı-ayrı boost/buck idarəetməsi üçün 2 qüvvə kommutatorundan istifadə edir; yüksək dəqiqlik, yüksək performanslı hallar üçün uyğundur.
• ​Əsas Buck-Boost DC/DC:​​ Bir PWM dolgu faktoru (<50% Buck, >50% Boost) tərəfindən idarə olunan 1 qüvvə kommutatorundan istifadə edir; daha sadə struktur, daha ucuzdur.

​3.2 Paralel Interleave İdarəetmə (Əsas İnnovasiya)​​

• ​Texniki Prinsip:​​ Rəqəmsal idarəetməci iki paralel DC/DC konverteri 180-dərəcə fazaya malik PWM signalına idarə edir, bu, tradisional in-fazada paralel işləmədən fərqlidir.
• ​Texniki Etkilər:​​
• ​Azaltılmış Dalğa:​​ Çıxış amperaj dalgalanmaları bir-birini pozurlar, bu da ümumi dalga amperajının zirvə-zirvə dəyərini ciddi dərəcədə azaldır, yüklərə daha təmiz və stabilləşdirilmiş DC enerji təmin edir.
• ​İkiləşdirilmiş Dalgalar, Azaltılmış Zədələr:​​ Ümumi çıxış amperajının dalga dərəcesi, tək konverterin çevirmə dərəcesinin iki misli olur, bu da dalga tələblərinə uyğunlaşdırmaq üçün daha aşağı çevirmə dərəcesinin istifadəsinə imkan verir, bu da çevirmə zədələrini azaldır və ümumi sistem effektivliyini artırır.

​3.3 Akıllı Üç Mərhələli Şarj Rejimi​

Rəqəmsal idarəetməci, bataryanın şarj dərəcəsinə (SOC) əsasən dinamik şəkildə şarj strategiyasını dəyişir, effektivlik və himayə arasında optimal balansı təmin edir:

​3.4 Tamamilə Rəqəmsal Akıllı İdarəetmə​

Yüksək performanslı MCU və ya DSP ətrafında mərkəzləndirilmiş, sistem rüzgar turbinası, günəş paneli və bataryadan real vaxt voltaj və amperaj məlumatlarını toplayır. Qoşulmuş alqoritmlərlə:

• Real vaxt MPPT hesablamalarını aparır, optimal enerji yığılmasını təmin edir.
• Akıllı şəkildə şarj rejimlərini müəyyən edir və dəyişdirir.
• Paralel idarəetməni tətbiq etmək və konverterləri idarə etmək üçün dəqiq PWM signalı yaratır.

​4. Faydalar və Ölçülərə Uyğunlaşma​

​4.1 Əsas Texniki Faydalar​

1. ​Çox Kiçik Enerji Istifadəsi:​​ Geniş daxil voltaj diapazonu, sistemə təbii enerji (məsələn, hafif rüzgar, şəfəq və ağaran weak light) tərəfindən təmin edilən enerjinin istifadəsini təmin edir, bu da rüzgar və günəş enerjisinin istifadə edilə bilən diapazonunu ciddi dərəcədə genişləndirir.
2. ​Ümumi Sistem Effektivliyini Ciddi Dərəcədə Yüksəltir:​​ MPPT alqoritmi, enerji ümumiləşdirmə vasitələrini onların optimal enerji nöqtəsində işlətməyə imkan verir. Interleave texnologiyası ilə birlikdə azalan zədələrlə, ümumi sistem enerji effektivliyi tradisional həll yollarından çox daha yüksəkdir.
3. ​Batarya Ömrünü Ciddi Dərəcədə Uzadır:​​ Akıllı üç mərhələli şarj alqoritmi, aşırı şarj və sıfır şarjdan qorumaqda effektivdir, batarya dövrünə aid ömrünü 50%-dən çox artırır və baxış və deyişmə maliyyətlərini ciddi dərəcədə azaldır.
4. ​Ümumi Sistem Maliyyətini Azaldır:​​ Güzəştli enerji təminat stabilliyi, güvəncə nail olmaq üçün nəqliyyat və saxlama kapasitesinin aşırı ölçüsünü ləğv edir, ilk investisiyanı azaldır.
5. ​Yüksək Çıxış Enerji Keyfiyyəti:​​ Interleave texnologiyası, nisbi dərəcədə düşük dalgalanma və yüksək stabillikli DC çıxışı təmin edir, hassas yükü qoruyur və enerji təminatının keyfiyyətini artırır.

​4.2 Fleksibil Olaraq Ölçülərə Uyğunlaşma Şeması​

Sistem, tələblərə əsasən fleksibil olaraq ölçülərə uyğunlaşma üçün möhkəm imkanlar təqdim edir:

• ​Komponent Səviyyəsində Genişləndirilmə:​​ İki DC/DC konverterin girişləri eyni günəş paneli və ya rüzgar turbinasına paralel bağlanır. Rəqəmsal idarəetməci, eyni mənbə (günəş və ya rüzgar) üçün peak output gücün iki mislini təmin etmək üçün ümumi paralel idarəetmə təmin edir.
• ​Sistem Səviyyəsində Genişləndirilmə:​​ Genişləndirilmiş günəş və rüzgar enerji ünitələri, DC avtomobillər üzərində paralel bağlıdır, bu da daha böyük batarya banklarına və yükə qidalanması üçün asanlıqla təmin edilir. Bütün idarəetmə ünitələri, məsələn, CAN avtomobili aracılığıyla bir-biri ilə əlaqəyə salınır, merkezi izlənmə və idarəetmə üçün təmin edilir.