Солнечная

Эта статья является частью нашей эксклюзивной серии IEEE Journal Watch, созданной в сотрудничестве с IEEE Xplore.

Исследователи из Технологического и исследовательского университета Одиши в Индии разработали модель электродвигателя постоянного тока, питаемого от фотоэлектрической батареи. Система использует искусственный интеллект для оптимизации мощности солнечной батареи и работы двигателя с КПД 88 процентов; Реальные электродвигатели постоянного тока имеют КПД от 75 до 80 процентов. Такие двигатели на солнечной энергии когда-нибудь смогут использоваться в промышленных машинах, бытовой технике и даже в электромобилях.

Бисмит Моханти, ведущий автор исследования, говорит, что основное внимание в модели уделялось повышению общей эффективности системы, чтобы получить максимальную мощность двигателя для доступной солнечной энергии. Повышение эффективности достигается за счет алгоритма искусственного интеллекта, который оптимизирует выходную мощность солнечной батареи, а также системы рекуперативного торможения двигателя и аккумулятора, который можно заряжать как от солнечной батареи, так и от тормозной системы.

Солнечные элементы имеют точку максимальной мощности, которая представляет собой максимальную электрическую мощность, которую они могут выдать при заданном количестве облучения. Точка максимальной мощности колеблется в зависимости от температуры и солнечного света, поэтому солнечные элементы не всегда выдают максимальное количество энергии. Способ максимально приблизиться к максимальной мощности — изменить сопротивление солнечных элементов, что меняет количество извлекаемой энергии.

Вот тут-то и приходит на помощь модель искусственного интеллекта. В своей модели MATLAB/Simulink Моханти и его коллеги обучили нейронную сеть рассчитывать сопротивление солнечных элементов, которое обеспечит максимальную мощность, на основе тысяч ежедневных измерений температуры и освещенности. Этот метод использует преимущества существующих методов искусственного интеллекта для отслеживания точек максимальной мощности. Поскольку модель обучается с использованием нейронной сети, она может делать прогнозы, используя сложные критерии, но не может передать точные критерии для этих прогнозов, действуя скорее как прогнозирующий черный ящик.

Согласно модели, когда солнечно, солнечная батарея генерирует достаточно энергии для работы двигателя, сохраняя избыточную энергию в аккумуляторе. Когда пасмурно, мотор разряжается от аккумулятора. Система рекуперативного торможения двигателя заряжает аккумулятор при каждом торможении, превращая кинетическую энергию в электрическую. Команда создала только виртуальную модель, но создание работающей физической модели может стать шагом в будущем.

Эта модель электродвигателя на солнечной энергии может использоваться в промышленных условиях или для бытовой техники, такой как холодильники и вентиляторы. Моханти говорит, что надеется когда-нибудь увидеть такую ​​систему в электромобилях, которая избавит электромобиль от необходимости подключать его к основной электросети.

«Теперь нам приходится заряжать электромобиль на станции или дома», — говорит Моханти. «Мне нужен беззарядный электромобиль, в котором энергия будет получаться непосредственно от солнечной батареи [на автомобиле]».

Результаты были представлены в июле 2023 года на Международной конференции по интеллектуальным системам для приложений в электротехнике.