Leader-ID
2140 subscribers

Как сделать солнечные батареи эффективнее

<100 full reads
210 story viewsUnique page visitors
<100 read the story to the endThat's 47% of the total page views
2 minutes — average reading time
Как сделать солнечные батареи эффективнее

Команда ученых с Урала разработала контроллер для управления энергосистемами на базе солнечных батарей, который решает одну из главных проблем солнечной энергетики — проблему низкой освещенности. Контроллер обеспечивает генерацию тока даже в пасмурный день и там, где солнца в принципе мало, например на севере России. Благодаря ИИ контроллер прибавляет от 2 до 10% к КПД солнечных панелей и делает всю систему дешевле. Подробнее о проекте рассказал его руководитель, CEO Сергей Новик.

Почему в России нужны особые солнечные энергосистемы

В России сейчас используют в основном зарубежные системы с солнечными батареями. Производители таких систем указывают высокий КПД, но не упоминают, что этот результат получили в ясный день под ярким южным солнцем. Люди покупают себе такое оборудование, а оно работает плохо: пока солнце есть, все нормально, а чуть облака набежали — и генерация прекращается.

Есть предел солнечной активности, ниже которого контроллеры батарей перестают преобразовывать энергию. Более того, иногда система начинает еще и забирать энергию из накопителя.

Почему в России так медленно развивается альтернативная энергетика? Потому что используют зарубежную технику, которая для наших условий не адаптирована. В пустыне все это будет работать, на нашем юге — скорее всего, а в центральной полосе России — непонятно. Потому что есть регионы, где облачная погода стоит практически всегда.

Как сделать солнечные батареи эффективнее

Некоторые пользователи знают об этих особенностях солнечных батарей и пытаются заменить качество количеством:

«У нас в России плохо с солнцем, поэтому давайте поставим большую солнечную панель с большим напряжением». Это, как говорят, решение в лоб.

При сниженном напряжении, когда мало солнца, это на самом деле работает. Но появляется другая проблема: когда облачности нет и светит яркое солнце, батарея выдает повышенное напряжение, возникает большая разница между входным и выходным напряжением. В итоге вся система работает с очень плохим КПД, ведь значительная часть энергии остается в контроллере: чтобы не испортить накопитель, приходится регулировать напряжение. В таком режиме КПД обычных контроллеров резко ухудшится, часть энергии улетит в виде тепла в воздух.

Как мы пришли к идее солнечного контроллера

Идея нашего проекта простая: извлекать энергию при низкой освещенности, но не увеличивать сами солнечные панели. Мы хотим, чтобы солнечная станция работала почти всегда.

Так получилось, что мы смогли совместить традиционную академическую науку и новые технологии.

Научный руководитель нашего проекта — Владимир Велькин, профессор Уральского федерального университета, лауреат Национальной экологической премии, крупный специалист по альтернативной и ядерной энергетике
Научный руководитель нашего проекта — Владимир Велькин, профессор Уральского федерального университета, лауреат Национальной экологической премии, крупный специалист по альтернативной и ядерной энергетике
Научный руководитель нашего проекта — Владимир Велькин, профессор Уральского федерального университета, лауреат Национальной экологической премии, крупный специалист по альтернативной и ядерной энергетике
Я же 20 лет занимался электроникой и силовой техникой, участвовал в создании электровоза 2ЭС6: для железной дороги решал сложные задачи, где требовалось управление тягой. Помимо традиционных технологий, я углубился еще в IT и искусственный интеллект
Я же 20 лет занимался электроникой и силовой техникой, участвовал в создании электровоза 2ЭС6: для железной дороги решал сложные задачи, где требовалось управление тягой. Помимо традиционных технологий, я углубился еще в IT и искусственный интеллект
Я же 20 лет занимался электроникой и силовой техникой, участвовал в создании электровоза 2ЭС6: для железной дороги решал сложные задачи, где требовалось управление тягой. Помимо традиционных технологий, я углубился еще в IT и искусственный интеллект

Мы сделали несколько совместных проектов, в том числе по робототехнике. На интенсиве Архипелаг 20.35 победили по направлению ИИ, а на недавнем Архипелаге 2121 представили проект солнечного контроллера. Мы вышли на интенсив не с идеей, а с тестовым продуктом.

Специалисты с большим опытом не оторвались от основ, от силовой техники, но освоили новые знания — искусственный интеллект и нейросети. Думаю, что в этом сочетании у нас будет максимальная эффективность.

Мы посмотрели на рынок альтернативной энергетики и поняли, что можем предложить новую технологию. Не просто что-то по мелочи улучшить, а именно сделать то, чего ни у кого нет.

В чем суть технологии MPPT+AI

Подробности технологии, которую мы назвали MPPT+AI, мы держим в секрете, расскажу о ней в общих чертах. Солнечный контроллер с ИИ следит за солнцем и в реальном времени находит точку максимальной мощности, сокращенно MPP. Это точка, при которой батарея работает с максимальным КПД независимо от того, какая сейчас освещенность. Благодаря этому, пока батарея генерирует ток, контроллер извлекает его с максимальным КПД — даже при падении освещенности.

Мы изменили и аппаратную часть, применили новую силовую схему согласования солнечных батарей и накопителя. В этом согласовании также помогает ИИ.

Благодаря нашему контроллеру КПД солнечных станций повышается от 2 до 10%. Кажется, что это немного, но производители и покупатели этих систем бьются за каждый процент. Заказчики меняют солнечные панели на более дорогие из-за разницы КПД в 5%.

Стоимость солнечного контроллера составляет обычно 10–15% от стоимости всей системы, то есть это относительно дешевая часть. Мы предлагаем заменить контроллер и увеличить КПД. Но самое главное — мы не просто повышаем КПД в нормальном режиме работы на «чистом» солнце. Система начинает работать при облачности, на восходе и закате.

Это наш контроллер. Его замена окупится за 6–12 месяцев в зависимости от размера станции
Это наш контроллер. Его замена окупится за 6–12 месяцев в зависимости от размера станции
Это наш контроллер. Его замена окупится за 6–12 месяцев в зависимости от размера станции
Это график генерации электричества солнечной батареей: ИИ постоянно ищет точку максимальной освещенности, этот процесс показан красными стрелками. Как только эта точка (MPP) достигнута, мощность резко падает, но еще немного этой мощности можно «перекачать» в накопитель. Все это похоже на регулирование тяги электровоза, которым управляет ИИ
Это график генерации электричества солнечной батареей: ИИ постоянно ищет точку максимальной освещенности, этот процесс показан красными стрелками. Как только эта точка (MPP) достигнута, мощность резко падает, но еще немного этой мощности можно «перекачать» в накопитель. Все это похоже на регулирование тяги электровоза, которым управляет ИИ
Это график генерации электричества солнечной батареей: ИИ постоянно ищет точку максимальной освещенности, этот процесс показан красными стрелками. Как только эта точка (MPP) достигнута, мощность резко падает, но еще немного этой мощности можно «перекачать» в накопитель. Все это похоже на регулирование тяги электровоза, которым управляет ИИ

Каковы коммерческие перспективы проекта

Мы сделали тестовую версию контроллера, он прошел лабораторные испытания.

Сейчас мы ищем партнера для развития проекта. Мы хотим обкатать технологию на относительно небольших солнечных станциях, потому что так на этом этапе проще.

В будущем, думаю, будем продавать контроллеры всем производителям солнечных систем. Эту технологию легко масштабировать на станции любой величины, можно работать с напряжением в несколько мегаватт. Мы уже разговаривали с возможными покупателями, но все просят фактическое подтверждение работоспособности. Как только мы наглядно покажем, что это работает, дело пойдет.

В альтернативной энергетике считают деньги, и если есть возможность увеличить КПД за счет простой замены контроллера в станциях, то владельцы станций будут этим заниматься.

Контроллер будет востребован и в проектах по расширению территорий — там, где можно применять энергосистемы с солнечными батареями. Например, при освоении Арктики, где солнца мало, а тянуть энергосети по земле или воздуху просто нет возможности.