نظام لشحن السيارات الكهربائية يستعمل ألواحًا كهروضوئية وخلية وقود هيدروجيني

طوّر فريق بحثي بإشراف علماء من الهند نظامًا ذكيًا جديدًا لشحن السيارات الكهربائية، بهدف تحسين الأداء وزيادة الكفاءة.

وبحسب تحديثات تابعتها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، يستعمل النظام ألواحًا كهروضوئية، وخلية وقود بغشاء تبادل البروتونات، وبطارية تخزين، ومكثفًا فائقًا.

ويعتمد النظام على محول تعزيز متكامل ودارة بمكثف تبديل (سورس-زد) مع خوارزمية تتبُّع نقطة أقصى قدرة من الألواح الشمسية (MPPT) تعتمد على نظام الاستدلال العصبي الضبابي التكيفي (ANFIS).

وقال الباحث سوريش فيندوتي لمجلة "بي في ماغازين": "بخلاف الأنظمة الكهروضوئية التقليدية أو الأنظمة الهجينة، يجمع هذا النهج بين التحكم الذكي وإدارة الطاقة متعددة المصادر، لضمان توصيل كهرباء فعّال ومستقر وموثوق به لتطبيقات شحن السيارات الكهربائية الذكية".

شبكات التيار المستمر الصغيرة القائمة على الطاقة المتجددة

قال الباحث سوريش فيندوتي: "في عملنا المستقبلي، سنوسّع نطاق هذا المفهوم ليشمل شبكات التيار المستمر الصغيرة القائمة على الطاقة المتجددة، والمزودة بقدرتها على التوصيل من المركبة إلى الشبكة (V2G)، ما يُمكّن من دمج السيارات الكهربائية في منظومة الطاقة بصورة أذكى".

وجرت محاكاة النظام باستعمال برنامجي "ماتلاب" و"سيمولينك 2021 إيه"، وتضمن النظام وحدتَي شحن سريع بقدرة 50 كيلوواط، ونظامًا للطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة قصوى تبلغ 186 كيلوواط، وبطارية رصاص حمضية (BAT)، ونظام تخزين كهرباء قائم على الهيدروجين (ESS).

من ناحية ثانية، يتضمّن نظام تخزين الكهرباء الهيدروجيني وحدة لإنتاج الهيدروجين بقدرة 176 كيلوفولت أمبير، و6 خلايا وقود هيدروجينية بقدرة 66 كيلوواط، وخزان هيدروجين سعة 450 كغم.

لمحة عن النظام

يُدمج النظام باستعمال محولات مكثف التبديل، إذ يجري الربط بين شبكة معاوقة نظام الطاقة الكهروضوئية، وبطارية رصاص حمضية، والشبكة الكهربائية.

ويتضمّن تصميم محولات مكثف التبديل مفتاحَيْن يجري التحكم فيهما بصورة متزامنة، وصمامًا ثنائيًا للإدخال، وصمامًا ثنائيًا للناتج، ومكثفًا، ويعمل إما في وضع التوصيل المستمر وإما في وضع التوصيل المتناوب.

وقال الأكاديميون: "يُقترح استعمال طريقة تتبُّع نقطة أقصى قدرة من الألواح الشمسية قائمة على نظام الاستدلال العصبي الضبابي التكيفي، لتحسين إنتاج الألواح الشمسية في ظل ظروف جوية متغيرة".

وتستعمل هذه الطريقة جهد وتيار ودرجة حرارة الألواح الكهروضوئية بصفتها متغيرات إدخال، مع دورة العمل بوصفها مخرجًا للتحكم في محول "لاندسمان" Landsman ذي التعزيز المُبدّل للتيارَيْن المستمر والمتناوب لتتبع أقصى قدرة، وفق تفاصيل اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.

وأوضحوا: "من خلال فترات تدريب كافية، يُحسّن نظام الاستدلال العصبي الضبابي التكيفي أداء تتبُّع نقطة أقصى قدرة من الألواح الشمسية من خلال تحسين شروط الإنتاج وتقليل الأخطاء".

وجرى التحقق من هذا النظام باستعمال نموذج أولي بمقياس مختبري، باستعمال تيار مستمر بجهد ناتج 100 فولت وتيار ناتج 30-40 أمبيرًا؛ ومحول تيار مستمر (تيار مستمر بجهد ناتج 1000-1100 فولت وتيار ناتج 30 أمبيرًا)، وبطارية بجهد 120 فولت.

في المقابل، تراوحت نسبة الخطأ بين المحاكاة والنموذج الأولي بين 0.8% و3%، حسب المعيار.

الأداء

أظهرت نتائج المحاكاة زيادةً فاعلة في الجهد من 110 فولتات إلى 150 فولت، وناتجًا منظمًا يبلغ نحو 1100 فولت عند 30 أمبيرًا، مع استقرار تيار جانب الخلايا الكهروضوئية عند 500 أمبير.

وتحافظ خلية الوقود على ناتج ثابت يبلغ 110 فولتات، في حين ينخفض ​​تيارها من 40 أمبيرًا إلى 25 أمبيرًا، وتحافظ البطارية على حالة شحن بنسبة 60% عند ناتج 120 فولت"، وفقًا لنتائج البحث.

بدوره، يحقّق النموذج الأولي للأجهزة، المُطوّر باستعمال متحكم دقيق من طراز (DSPIC30F4011)، كفاءة تتبُّع نقطة أقصى قدرة من الألواح الشمسية تبلغ 98.7%، وتنظيمًا للجهد ضمن ± 1.5%، وانحرافًا في كمية الكهرباء الناتجة أقل من 2%.

وتُظهر أشكال موجات جهد الشبكة والتيار تشويهًا كليًا توافقيًا منخفضًا (THD)، وفقًا للمعيار "رقم 519" لدى معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، بقيم مُقاسة تبلغ 500 فولت و13 أمبيرًا على التوالي.

وقال الباحث سوريش فيندوتي: "كانت النتيجة الأبرز هي التحسّن الملحوظ في كفاءة التتبع والأداء الديناميكي، لتتبُّع نقطة أقصى قدرة من الألواح الشمسية القائمة على نظام الاستدلال العصبي الضبابي التكيفي، في ظل تقلبات الإشعاع الشمسي مقارنةً بخوارزميات تتبُّع نقطة أقصى قدرة من الألواح الشمسية التقليدية".

وأضاف فيندوتي: "أثبت التكوين الهجين قدرته على الحفاظ على استقرار الشبكة وشحن السيارات الكهربائية دون انقطاع، حتى في ظل تقلبات توليد الكهرباء بالطاقة المتجددة والطلب على الحمل، وهو ما تجاوز التوقعات الأولية".

وشارك في الدراسة باحثون من جامعة جودافاري العالمية الهندية، وكلية سانت آن للهندسة والتكنولوجيا، ومعهد جي إم آر للتكنولوجيا، وكلية نيو هورايزون للهندسة، ومعهد إم إل آر للتكنولوجيا، وجامعة شيناواترا في تايلاند، وجامعة الطائف في المملكة العربية السعودية، وجامعة وولو في إثيوبيا.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصدر:

"تقنية مبتكرة لشحن السيارات الكهربائية بالطاقة الكهروضوئية وخلايا الوقود"، من مجلة "بي في ماغازين".