راهکارهای دیجیتال برای جلوگیری از پیری زودرس
عمر مفید اینورترها در سیستم‌های فتوولتائیک امروزه بسیار کمتر از ماژول‌هاست. موسسه Fraunhofer IEE در پروژه پژوهشی PV4Life با همکاری شرکا، مدل‌هایی را برای شبیه‌سازی پیر شدن اینورترها توسعه می‌دهد. از این مدل‌ها می‌توان استراتژی‌های عملیاتی مبتنی بر هوش مصنوعی استخراج کرد که وعده عمر طولانی‌تر بدون افت عملکرد دستگاه‌ها را می‌دهند.
اینورترها دستگاه‌های پیچیده‌ای هستند که با استفاده از تعامل دقیق بین نیمه‌هادی‌ها، القاگرها و خازن‌ها، جریان مستقیم را به صورت کارآمد به جریان متناوب تبدیل می‌کنند.
بنابراین، اینورترها جزء اساسی هر سیستم فتوولتائیک هستند. اما طول عمر آنها نسبت به ماژول‌های خورشیدی کمتر است. طبق تحقیقات، اینورترها مسئول حداقل 40 درصد از خرابی‌ها در نیروگاه‌های خورشیدی هستند. «در حالی که ماژول‌های امروزی حتی پس از 25 یا 30 سال عملکرد خود را حفظ می‌کنند، اینورترها اغلب باید در نیمه این مدت جایگزین شوند»، می‌گوید دکتر رون براندل، مدیر گروه در Fraunhofer IEE. این مسئله به طور قابل توجهی بر اقتصادی بودن سیستم‌ها تأثیر می‌گذارد - چرا که هزینه اینورترها برای سیستم‌های خانگی با نصب، معمولاً چند هزار یورو است.
استراتژی‌هایی برای عملکرد محافظه‌کارانه
دلایل عمر کوتاه‌تر: پیچیدگی اینورترها و تعامل پر فرکانس اجزا مانند نیمه‌هادی‌ها، القاگرها و خازن‌ها. به علاوه، استراتژی‌های عملیاتی کنونی اینورترها به شرایط مکانی سیستم‌ها تنظیم نشده‌اند. به عنوان مثال، دستگاه‌ها در مکان‌های مرطوب و گرم به نحوی متفاوت از مکان‌های خنک‌تر و خشک‌تر پیر می‌شوند. اما اینورترها همیشه به یک روش کار می‌شوند.
در پروژه پژوهشی PV4Life، متخصصان از مراکز تحقیقاتی و شرکت‌ها در آلمان ابزارهایی را توسعه می‌دهند که با استفاده از هوش مصنوعی، استراتژی‌های فردی برای عملکرد محافظه‌کارانه اینورترها ارائه می‌دهند. «با این کار می‌خواهیم عمر دستگاه‌ها را به طور قابل توجهی افزایش دهیم بدون اینکه عملکرد آنها کاهش یابد»، می‌گوید براندل.
علاوه بر Fraunhofer IEE، شرکت‌های Siemens، دانشگاه Bonn-Rhein-Sieg، Infineon Technologies، OPAL-RT Germany و Sumida Components & Moduls و همچنین WIMA el. Bauelemente و KACO new energy به عنوان شرکای مرتبط در این پروژه مشارکت دارند. وزارت تحقیقات فدرال آلمان از این طرح سه ساله با حدود 4.63 میلیون یورو حمایت می‌کند.
Fraunhofer IEE در پروژه PV4Life مسئول بررسی‌های فنی و دیجیتال‌سازی عمر اینورترها برای به‌کارگیری یک کنترل هوش مصنوعی پایدار است.
مدل‌ها پیر شدن را شبیه‌سازی می‌کنند
رویکرد اصلی PV4Life استفاده از داده‌های آزمون‌های بلندمدت و حسگرهای اضافی برای توسعه مدل‌هایی است که پیر شدن فردی اینورترهای خورشیدی را شبیه‌سازی می‌کنند. این مدل‌ها با مقایسه با مجموعه‌ای از اینورترهایی که به طور شتاب‌یافته پیر شده‌اند، اعتبارسنجی، بهبود و عمومی می‌شوند. آزمایش‌های پیر شدن باید نه تنها بر سطح اجزا، بلکه بر کل اینورتر انجام شوند تا تعاملات احتمالی را در نظر بگیرند.
با استفاده از نسخه‌های دیجیتالی اینورترها، روش‌های شناسایی انحراف یا استراتژی‌های عملیاتی مبتنی بر هوش مصنوعی طراحی می‌شوند. این روش‌ها عمر اینورترها را با تنظیم مداوم پارامترهای کلیدی متناسب با پیر شدن افزایش می‌دهند و در عین حال از افت عملکرد جلوگیری می‌کنند.
همچنین محققان بررسی می‌کنند که چگونه می‌توان الگوریتم‌های هوش مصنوعی را مستقیماً در اینورترها ادغام کرد تا بهینه‌سازی عملکرد به صورت پایدار و قابل اعتماد انجام شود.
«پس از موفقیت‌های چشمگیر در افزایش عمر ماژول‌های فتوولتائیک، با PV4Life می‌خواهیم جهشی بزرگ در اینورترها نیز انجام دهیم»، می‌گوید اونرو. «این کار به کاهش قابل توجه هزینه‌های سیستم‌های فتوولتائیک کمک می‌کند و در نتیجه، انتقال به انرژی‌های پاک را ارزان‌تر می‌کند.»
منبع: موسسه Fraunhofer IEE