حل متكامل لأنظمة الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة وشحنها

يحاول حل نظام الطاقة المتكامل الخاص بنا، والذي يجمع بين الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة وشحنها، معالجة مخاوف مدى سير المركبات الكهربائية بذكاء من خلال الجمع بينأكوام شحن السيارات الكهربائيةتعتمد هذه التقنية على تقنيات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتخزين الطاقة بالبطاريات. فهي تُعزز التنقل الصديق للبيئة باستخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، بينما يُساهم دعم تخزين الطاقة في تخفيف الضغط على الشبكة الناتج عن الأحمال الثقيلة. كما تُكمل هذه التقنية سلسلة صناعة البطاريات من خلال الاستخدام المُتدرج، مما يضمن التطور السليم لهذه الصناعة. ويُساهم إنشاء هذا النظام المتكامل للطاقة في تعزيز التحول إلى الكهرباء والتطوير الذكي لهذه الصناعة، حيث يُتيح تحويل الطاقة النظيفة، مثل الطاقة الشمسية، إلى طاقة كهربائية عبر الخلايا الكهروضوئية وتخزينها في البطاريات. ثم تقوم محطات شحن المركبات الكهربائية بنقل هذه الطاقة الكهربائية من البطاريات إلى المركبات الكهربائية، مما يحل مشكلة الشحن.

أولاً: بنية نظام الشبكة المصغرة لتخزين وشحن الطاقة الكهروضوئية

كما هو موضح في الرسم التخطيطي أعلاه، يتم وصف المعدات الرئيسية لنظام الشبكة المصغرة المتكاملة للخلايا الكهروضوئية وتخزين الطاقة والشحن أدناه:

1. محول تخزين الطاقة خارج الشبكة: يتم توصيل جانب التيار المتردد لمحول 250 كيلو وات بالتوازي مع ناقل تيار متردد 380 فولت، ويتم توصيل جانب التيار المستمر بالتوازي مع أربعة محولات تيار مستمر/تيار مستمر ثنائية الاتجاه بقدرة 50 كيلو وات، مما يتيح تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه، أي شحن البطارية وتفريغها.

2. محولات التيار المستمر ثنائية الاتجاه: يتم توصيل جانب الجهد العالي لأربعة محولات تيار مستمر بقدرة 50 كيلوواط بطرف التيار المستمر للمحول، بينما يتم توصيل جانب الجهد المنخفض ببطارية الطاقة. كل محول تيار مستمر متصل ببطارية واحدة.

3. نظام بطاريات الطاقة: تتكون وحدة البطارية الواحدة (57.6 فولت/100 أمبير/ساعة، سعة اسمية 5.76 كيلوواط ساعة) من ست عشرة خلية 3.6 فولت/100 أمبير/ساعة. يتم توصيل اثنتي عشرة وحدة بطارية على التوالي لتشكيل مجموعة بطاريات (691.2 فولت/100 أمبير/ساعة، سعة اسمية 69.12 كيلوواط ساعة). يتم توصيل مجموعة البطاريات بطرف الجهد المنخفض لمحول التيار المستمر ثنائي الاتجاه. يتألف نظام البطاريات من أربع مجموعات بطاريات بسعة اسمية 276.48 كيلوواط ساعة.

4. وحدة تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT): يُوصل جانب الجهد العالي لوحدة MPPT بالتوازي مع ناقل التيار المستمر 750 فولت، بينما يُوصل جانب الجهد المنخفض بمصفوفة الخلايا الكهروضوئية. تتكون مصفوفة الخلايا الكهروضوئية من ستة سلاسل، تحتوي كل منها على 18 وحدة بقدرة 275 واط موصولة على التوالي، ليصبح المجموع 108 وحدات كهروضوئية، وبقدرة إجمالية تبلغ 29.7 كيلوواط.

5. محطات الشحن: يتضمن النظام ثلاث محطات شحن بقدرة 60 كيلوواط.محطات شحن السيارات الكهربائية بالتيار المستمر(يمكن تعديل عدد محطات الشحن وقدرتها بناءً على حركة المرور والطلب اليومي على الطاقة). يتم توصيل جانب التيار المتردد لمحطات الشحن بشبكة التيار المتردد، ويمكن تزويدها بالطاقة من خلال الخلايا الكهروضوئية، وتخزين الطاقة، وشبكة الكهرباء.

6. نظام إدارة الطاقة ووحدة التحكم في الطاقة: تقوم هذه الأنظمة بوظائف مثل التحكم في شحن وتفريغ نظام تخزين الطاقة ومراقبة معلومات حالة شحن البطارية وفقًا للتعليمات الواردة من مركز الإرسال ذي المستوى الأعلى.

ثانيًا: خصائص أنظمة الطاقة المتكاملة الكهروضوئية والتخزين والشحن

1. يعتمد النظام بنية تحكم ثلاثية الطبقات: الطبقة العليا هي نظام إدارة الطاقة، والطبقة الوسطى هي نظام التحكم المركزي، والطبقة السفلى هي طبقة المعدات. يدمج النظام أجهزة تحويل الكميات، وأجهزة مراقبة الأحمال والحماية ذات الصلة، مما يجعله نظامًا مستقلاً قادرًا على التحكم الذاتي والحماية والإدارة.

2. يتم تعديل/ضبط استراتيجية توزيع الطاقة لنظام تخزين الطاقة بمرونة بناءً على أسعار الكهرباء في أوقات الذروة والانخفاض والانخفاض في شبكة الطاقة، بالإضافة إلى حالة شحن بطاريات تخزين الطاقة (أو جهدها الطرفي). ويتلقى النظام إشارات التوزيع من نظام إدارة الطاقة (EMS) للتحكم الذكي في الشحن والتفريغ.

3. يتميز النظام بوظائف شاملة للاتصال والمراقبة والإدارة والتحكم والإنذار المبكر والحماية، مما يضمن التشغيل المستمر والآمن لفترات طويلة. ويمكن مراقبة حالة تشغيل النظام عبر جهاز كمبيوتر مركزي، كما يتمتع بقدرات تحليل بيانات متقدمة.

4. يتواصل نظام إدارة البطارية (BMS) مع نظام إدارة الطاقة (EMS)، ويقوم بتحميل معلومات حزمة البطارية، وبالتعاون مع نظام إدارة الطاقة ونظام التحكم في الطاقة، يحقق وظائف المراقبة والحماية لحزمة البطارية.

يستخدم المشروع محول تخزين طاقة من نوع البرج، يدمج أجهزة تحويل متصلة بالشبكة وأخرى منفصلة عنها، بالإضافة إلى خزائن توزيع. يتميز هذا المحول بقدرته على التحويل السلس بين وضعَي الاتصال بالشبكة والانقطاع عنها في غضون ثوانٍ معدودة، ويدعم نمطَي شحن: تيار ثابت متصل بالشبكة، وقدرة ثابتة، كما يقبل جدولة الشحن في الوقت الفعلي من الحاسوب المركزي.

ثالثًا: التحكم والإدارة في نظام تخزين وشحن الطاقة الكهروضوئية

يعتمد نظام التحكم على بنية ثلاثية المستويات: نظام إدارة الطاقة هو طبقة الجدولة العليا، ووحدة التحكم في النظام هي طبقة التنسيق الوسيطة، ووحدات DC-DC ووحدات الشحن هي طبقة المعدات.

يُعد نظام إدارة الطاقة ووحدة التحكم بالنظام مكونين أساسيين، يعملان معًا لإدارة وجدولة نظام تخزين وشحن الطاقة الكهروضوئية:

1. وظائف نظام إدارة الطوارئ

1) يمكن تعديل استراتيجيات التحكم في توزيع الطاقة بمرونة، ويمكن ضبط أوضاع شحن وتفريغ تخزين الطاقة وأوامر الطاقة وفقًا لأسعار الكهرباء في فترات الذروة والانخفاض والانخفاض في الشبكة المحلية.

2) يقوم نظام إدارة الطاقة (EMS) بإجراء القياس عن بعد في الوقت الحقيقي ومراقبة السلامة عن بعد للمعدات الرئيسية داخل النظام، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر PCS وBMS ومحولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وأكوام الشحن، ويدير أحداث الإنذار التي أبلغت عنها المعدات وتخزين البيانات التاريخية بطريقة موحدة.

3) يمكن لنظام إدارة الطاقة تحميل بيانات التنبؤ بالنظام ونتائج تحليل الحساب إلى مركز الإرسال ذي المستوى الأعلى أو خادم الاتصال عن بعد عبر الإيثرنت أو اتصال الجيل الرابع، وتلقي تعليمات الإرسال في الوقت الفعلي، والاستجابة لتنظيم تردد التحكم التلقائي في الكسب، وتقليل ذروة الطلب، وغيرها من عمليات الإرسال لتلبية احتياجات نظام الطاقة.

4) يحقق نظام إدارة البيئة التحكم في الربط مع أنظمة مراقبة البيئة والحماية من الحرائق: ضمان إيقاف تشغيل جميع المعدات قبل حدوث حريق، وإصدار الإنذارات الصوتية والمرئية، وتحميل أحداث الإنذار إلى النظام الخلفي.

2. وظائف وحدة التحكم في النظام:

1) يستقبل متحكم تنسيق النظام استراتيجيات الجدولة من نظام إدارة الطاقة: أوضاع الشحن/التفريغ وأوامر جدولة الطاقة. وبناءً على سعة حالة شحن بطارية تخزين الطاقة، وحالة شحن/تفريغ البطارية، وتوليد الطاقة الكهروضوئية، واستخدام محطة الشحن، يقوم بتعديل إدارة ناقل البيانات بمرونة. ومن خلال إدارة شحن وتفريغ محول التيار المستمر، يحقق التحكم في شحن/تفريغ بطارية تخزين الطاقة، مما يزيد من استغلال نظام تخزين الطاقة إلى أقصى حد.

2) الجمع بين وضع الشحن/التفريغ DC-DC ومحطة شحن السيارات الكهربائيةيتطلب الأمر، عند فحص حالة الشحن، ضبط حد الطاقة لعكس التيار الكهروضوئي وتوليد الطاقة من وحدة الخلايا الكهروضوئية. كما يتطلب ضبط وضع تشغيل وحدة الخلايا الكهروضوئية وإدارة ناقل النظام.

3. طبقة المعدات – وظائف التيار المستمر إلى التيار المستمر:

1) مشغل الطاقة، الذي يحقق التحويل المتبادل بين الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة الكهروكيميائية.

2) يقوم محول التيار المستمر إلى التيار المستمر بالحصول على حالة نظام إدارة البطارية، وبالتزامن مع أوامر جدولة وحدة التحكم في النظام، يقوم بتنفيذ التحكم في مجموعة التيار المستمر لضمان اتساق البطارية.

3) يمكنها تحقيق الإدارة الذاتية والتحكم والحماية وفقًا لأهداف محددة مسبقًا.

-النهاية-