Kõrge Kvaliteediga Tuule-Päikese Hübriidlahendus: Buck-Boost Konverter & Tark Laadimine Vähendavad Süsteemi Maksumust

Ülevaade​

See lahendus pakub innovaatilist kõrgejulgevusega tuule-päikese hübriidenergiatootmise süsteemi. Lahendus aitab lahendada olemasolevate tehnoloogiate põhiline puudujääk, näiteks madal energiakasutus, lühike aku eluiga ja nõrged süsteemide stabiilsus. Süsteem kasutab täisdigitaalselt juhitavaid buck-boost DC/DC konverteerijaid, ristlikku paralleeltehnoloogiat ja intelligentsit kolmestage laadimisalgoritmi. See võimaldab maksimaalse energia punkti jälgimist (MPPT) laia valikutu tuulekiiruste ja päikesevalguse intensiivsuste vahemikus, oluliselt parandades energiaefektiivsust, pikendades aku teenimisaega ja vähendades üldist süsteemi maksumust.

​1. Sissejuhatus: Tegevusalaste probleemid & olemasolevad puudujäägid​

Traaditsioonilised tuule-päikese hübriidsüsteemid kannatavad olulistel puudujääkidel, mis piiravad nende laialdasemat rakendamist ja majanduslikku tõhusust:

• ​Kirde voltagelaotus:​​ Süsteemid kasutavad tavaliselt lihtsaid buck-konverteerijaid, mis saavad laadata akut ainult siis, kui tuuleturbiini või päikesepaneeli poolt toodetud voltageni ületab aku voltageni. Nõrga tuule või heikema valguse tingimustes on toodetud voltageni ebasuffitsientne, mis viib taastuvenergia raiskamiseni.
• ​Suurel määral energia raiskamine:​​ Kui tuule või päikeseenergiat on palju, kasutavad traditsioonilised süsteemid sageli vastupanu brekitamist (näidispõhja) üleliigse elektriliigendi soojenäidena, et vältida aku ülelaadimist, mis viib olulise energia raiskamiseni.
• ​Lühike aku eluiga:​​ Eelnimetatud ebasuffitsientse energiakaptaadi ja ebatäiuslike ülelaadimiskaitsemeetodite tõttu jääb aku sageli alla- või ülelaaditavasse olekusse, mis drastiliselt vähendab selle tsükliselget ja suurendab hoolduskulusid.
• ​Madal kontrolliprecisioon & nõrk stabiilsus:​​ Enamus süsteeme kasutab lihtsaid juhtimisstrateegiaid, mis puuduvad täpset voltagi ja ströömi reguleerimist, mis viib ebastabiilsele energia kvaliteedile. Usaldusväärse ladaltöö tagamiseks on sageli vaja suuremaid genereerimis- ja varustusseadmeid, mis suurendavad algse investeeringu.

​2. Lahenduse peamised komponendid​

See süsteem koosneb 11 peamisest komponendist, mis töötavad koos, moodustades intelligentsi, efektiivse energia kaptaadi, varustus- ja jagamisvõrgu.

​3. Põhiline tehniline eelis​

​3.1 Buck-Boost DC/DC konverteerija laia voltagilaotusega​

• ​Põhiline tehnoloogia:​​ Mõlemad tuule- ja päikeseenergia konverteerijad kasutavad buck-boost DC/DC topoloogiat.
• ​Lahendatud probleem:​​ Ületab traditsiooniliste buck-konverteerijate voltagiraamatuse.
• ​Matal sisendvoltagi (Boost-režiim):​​ Kui tuulekiirus on alamääras (rpm < ω₀) või valgus on ebasuffitsientne, ja toodetud voltagi on allakutu voltagi all, siis konverteerija käivitub automaatselt Boost-režiimis, et tõsta voltagi laadimiseks.
• ​Kõrge sisendvoltagi (Buck-režiim):​​ Kui tuule/päikese ressursid on palju ja toodetud voltagi ületab aku voltagi, siis konverteerija käivitub automaatselt Buck-režiimis laadimiseks.
• ​Kaks rakendusmeetodit:​​
• ​Kasutatakse kahet võimsustehiku:​​ Kasutab 2 võimsustehikut eraldi boost/buck kontrolli; pakub kõrget täpsust, sobib kõrgete performantsnõudmistega stsenaariumidele.
• ​Lihtne buck-boost DC/DC:​​ Kasutab 1 võimsustehikut, mida kontrollitakse ühe PWM töökoormusega (<50% Buck, >50% Boost); lihtsam struktuur, madalam hind.

​3.2 Ristlik paralleelkontroll (põhiline innovatsioon)​​

• ​Tehniline printsiip:​​ Digitaalne juhtimissysteem juhib PWM signale kahe paralleelsete DC/DC konverteerija jaoks 180 kraadi faasisihtriiviga, mitte traditsioonilisel samafaasis paralleeltoiminguga.
• ​Tehniline mõju:​​
• ​Vähendatud rippe:​​ Väljundströömi ripud nullivad üksteist, oluliselt vähendades kokkuhoiudu kõrgeima ja madalaima väärtuse vahelist erinevust, pakkudes puhta ja stabiilset DC energiat ladalt.
• ​Kaks korda sagedus, vähendatud kahju:​​ Kokkuhoiudu kogu väljundströömi ripple sagedus muutub kaks korda ühe konverteerija lülitussagedusest, võimaldades kasutada madalamat lülitussagedust, et rahuldada ripple nõuded, vähendades lülituskahjustusi ja parandades üldist süsteemi efektiivsust.

​3.3 Intelligentsi kolmestage laadimisrežiim​

Digitaalne juhtimissysteem kohandab laadimisstrateegiat dinamiiliselt aku laadimisstaatuse (SOC) põhjal, saavutades optimaalse tasakaalu efektiivsuse ja kaitse vahel:

​3.4 Täisdigitaalne intelligentsi juhtimine​

Keskendumine kõrgeperformantsile MCU või DSP, süsteem kogub reaalajas voltagi ja ströömi andmeid tuuleturbinitest, päikesepaneelidest ja akudest. Kasutades integreeritud algoritme, see:

• Teeb reaalajas MPPT arvutused, et tagada optimaalne energia kaptaadi.
• Intelligentselt määrab ja vahetab laadimisrežiime.
• Täpselt genereerib PWM signale, et juhtida konverteerijaid ja rakendada ristlikku kontrolli.

​4. Eelised ja skaalasuse​

​4.1 Põhiline tehniline eelis​

1. ​Oluliselt suurendatud ressursside kasutus:​​ Laia voltagilaotus võimaldab süsteemil kasutada madala tase energia (nt vaiksed tuuled, hommik/hommikune heik valgus), mida traditsioonilised süsteemid ei saa kasutada, oluliselt laiendades kasutatava tuule- ja päikeseenergia ulatust.
2. ​Oluliselt parandatud süsteemi efektiivsus:​​ MPPT algoritm tagab, et genereerimisüksused töötavad oma optimaalsetes võimsuspunktides. Koos vähendatud kahjudega ristliku tehnoloogiaga, üldine süsteemi energiaefektiivsus ületab oluliselt traditsioonilisi lahendusi.
3. ​Oluliselt pikendatud aku eluiga:​​ Intelligentsi kolmestage laadimisalgoritm tõhusalt vältib ülelaadimist ja sügavat laadimist, suurendades aku tsüklikku eluiga üle 50% ja oluliselt vähendades hooldus- ja asenduskulusid.
4. ​Vähendatud kogu süsteemi maksumus:​​ Parandatud energiavarustuse stabiilsus vähendab vajadust ülemäärase genereerimise ja varustamise suuruse järele usaldusväärsuse huvides, vähendades algset investeeringut.
5. ​Kõrge väljundvooga kvaliteet:​​ Ristlik tehnoloogia pakub madalrippe, kõrge stabiilsusega DC väljundit, kaitstes tundlikke ladalt ja parandades energiavarustuse kvaliteeti.

​4.2 Paindlik suuruslahendus​

Süsteem pakub suurepärast skaalasuse paindlikkust, võimaldamaks suuruse suurenemist nõudmise põhjal:

• ​Komponenditasandil laiendamine:​​ Kahe DC/DC konverteerija sisendid võivad paralleelselt ühenduda sama päikesepaneeliga või tuuleturbina. Digitaalne juhtimissysteem pakub ühtset ristlikku kontrolli, kaks korda suurendades maksimaalset väljundvooga selle konkreetse allika (päikese või tuule) jaoks.
• ​Süsteemitasandil laiendamine:​​ Laiendatud päikese- ja tuuleenergia ühikuid ühendatakse paralleelselt DC-bussil, et lihtsalt varustada suuremaid akude ja ladalt. Kõik juhtimisyhikud on ühendatud suhtlusliidesed (nt CAN-buss) keskendatud jälgimiseks ja haldamiseks.