طراحی و پیاده سازی کنترلر مدیریت انرژی هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا برای سیستم PV/باد/باتری با حداقل هزینه


در طول چند سال گذشته، افزایش چشمگیری در تعداد افرادی که در سرتاسر جهان به برق دسترسی دارند، بوده است. این افزایش هم در کشورهای توسعه یافته و هم در کشورهای در حال توسعه اتفاق افتاده است. با این حال، با وجود این پیشرفت ها، هنوز 1.1 میلیارد نفر به آنها دسترسی ندارند. تنها 20 درصد از مردم ساکن در مناطق روستایی در سال 2010 به هر نوع خدمات برق دسترسی دارند.[1]، در نتیجه افزایش بیش از 200 گیگاواتی در مقدار کلی تجهیزات تولید برق که مستقر شده است. اصطلاح “انرژی تجدید پذیر” به چندین نوع نیروگاه و سایر منابع برق اشاره دارد که می توانند به طور نامحدود به تامین برق ادامه دهند. تقریباً هر مکان در سیاره ما برای جمع آوری نیروی حاصل از خورشید، باد، باران، جزر و مد، استخرهای جزر و مدی، زیست توده و گرمای زمین گرمایی مناسب است. استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر افزایش یافته است که منجر به ایجاد سیستم های تولید برق کاملاً خودکفا و متشکل از منابع تجدیدپذیر شده است.[2]، [3]. انرژی خورشیدی و بادی دو نمونه از منابع انرژی هیبریدی پایدار هستند. هم انرژی خورشیدی و هم انرژی بادی انواعی از انرژی های هیبریدی تجدیدپذیر هستند که اکنون تقاضای زیادی دارند [4]، [5].

کاربردهای خارج از شبکه انرژی خورشیدی و بادی نیاز به استفاده از سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی دارند، زیرا انرژی خورشیدی و بادی فقط می‌توانند به صورت متناوب برق تولید کنند. [6]، [7]. به منظور اطمینان از قابل اعتماد بودن برق تولید شده، سیستم های هیبریدی که از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده می کنند، تابع مقررات طیف وسیعی از مکانیسم های کنترلی هستند. این کار به منظور تضمین قابلیت اطمینان نیروی تولید شده انجام می شود. معماری سیستم سطح قابل توجهی از وابستگی را به مبدل ها و همچنین فناوری تبدیل انرژی ایجاد می کند. [8]، [9]، [10]. بخش عمده ای از بارها و منابعی که یک ریزشبکه DC را تشکیل می دهند توسط جریان مستقیم تغذیه می شوند که توسط منابع جریان مستقیم تامین می شود. [11]، [12].

سیستم های هیبریدی AC/DC مزایای ریزشبکه های جریان متناوب معمولی (AC) را با ریزشبکه های جریان مستقیم (DC) ترکیب می کنند. در نتیجه، ربط دادن بارهای DC و AC معمولی به منبع تغذیه ای که برای آنها مناسب ترین هستند هنگام استفاده از سیستم های هیبریدی AC/DC بسیار ساده تر است.[14]، [15]، [16]. منابع این ریزشبکه ها نیاز به نظارت و مدیریت متمرکز دارند، همانطور که انتخاب منابعی که باید برای بهره وری بهینه ترکیب شوند، نیاز دارند. علاوه بر این، تقاضا برای این ریزشبکه ها باید برآورده شود، که همچنین مستلزم تمرکز این فرآیندها است. این امکان پذیر است که این امر با کمک پروتکلی برای اینترنت اشیا محقق شود. سیستم‌های مبتنی بر رایانه مرسوم محدودیت‌هایی دارند که برخی از آنها ممکن است با کمک دستگاه‌های تعبیه‌شده اینترنت اشیا (IoT) کاهش یابد. به دلیل حسگرها و محرک هایی که در این سیستم ها تعبیه شده است، آنها می توانند با محیطی که در آن قرار دارند ارتباط برقرار کنند و با آن محیط ها تبادل اطلاعات کنند.[17]، [18]، [19]، [20].

هر دو بخش فیزیکی و دیجیتال، مانند نرم افزار و سخت افزار، می توانند بخشی از یک سیستم اینترنت اشیا را تشکیل دهند. آردوینو و رزبری پای دو نمونه از دستگاه های مشابه هستند. در طول چند سال گذشته، افزایش قابل توجهی در سطح اشتیاق در مورد اینترنت اشیا وجود داشته است. معماری این سیستم به گونه ای توسعه یافته است که به مشتریان امکان دسترسی به فضای ذخیره سازی ابری ارائه شده توسط شرکت از طریق اینترنت را با هزینه رایگان یا با قیمت کمی می دهد. نویسندگان یک سیستم نظارت بر خورشید را با هزینه ای ساخته اند که با استفاده از اینترنت اشیا به روش های مختلف قابل مدیریت است.[21]، می توان از آن به عنوان مثال برای توضیح نحوه برخورد با انواع مختلف جریان الکتریکی استفاده کرد. در این مقاله، توصیه‌ای برای ساخت یک سیستم ISEMS (سیستم‌های هوشمند مدیریت انرژی هوشمند) ارائه شد که برای مدیریت انرژی در سمت تقاضا استفاده می‌شود و منابع انرژی تجدیدپذیر را در نظر می‌گیرد. این کار به این منظور انجام شد که بتوان از سیستم برای حفظ انرژی استفاده کرد[22]. وعده اینترنت اشیا در مدیریت شبکه های برق هیبریدی توسط پژوهش نویسندگان مورد تایید قرار گرفت [23]. یکی از بسیاری از رویکردهای متفاوتی که می‌توان برای به دست آوردن منبع پایدارتر برق اتخاذ کرد، اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر مختلف مانند خورشید، باد، سوخت زیستی، سلول‌های سوختی و دیگر اشکال ترکیبی انرژی تجدیدپذیر است. نمونه هایی از این نوع منابع انرژی تجدیدپذیر عبارتند از انرژی خورشیدی و بادی. روش‌های دیگر عبارتند از: مدیریت انرژی برای سیستم‌های انرژی هیبریدی، صرف نظر از اینکه در محیط‌های مسکونی یا تجاری استفاده می‌شوند، ضروری است. این مورد حتی زمانی که سیستم‌های انرژی هیبریدی در محیط‌های صنعتی به کار گرفته می‌شوند نیز صادق است. در نتیجه این امر، اینترنت اشیا نه تنها بر نحوه توزیع نیروی الکتریکی بلکه بر روی مقدار توان مصرفی نیز تأثیر قابل توجهی دارد.

مطابق با [24]، مشکل در مدیریت تقاضا برای انرژی با حداکثر کردن استفاده از انرژی های تجدید پذیر مدیریت می شود. که در [25]، [26]، [27]اگرچه سیستم پیشنهادی گران است، اما از یک نوآوری پیشرفته استفاده می کند که پتانسیل کاهش انتشار سالانه کربن و همچنین هزینه های مرتبط با تولید نیرو را دارد. هنگام مواجهه با تقاضای انرژی در محیطی که مشخصه آن صلاحدید بالای منابع انرژی تجدیدپذیر و شبکه هوشمند است، توصیه می شود از یک کنترل کننده هوشمند مدیریت انرژی استفاده کنید. این امکان مدیریت موثرتر و کارآمدتر انرژی را فراهم می کند. در تحلیل ما، به جای استفاده از قطعاتی که گران‌تر و حجیم‌تر بودند، از بردهای مدار و سنسورهایی استفاده کردیم که در انتهای باند قیمت ارزان‌تر بودند. به همین دلیل ما توانستیم به همان درجه از موفقیت دست پیدا کنیم. یک سنسور جریان، یک سنسور ولتاژ، یک برد Arduino UNO، یک ماژول Wi-Fi ESP8266 و آنالیز مبتنی بر ابر بخش‌های اصلی سیستم هستند.


ترجمه و ارائه توسط: ttmnews