可持续运营和工业4.0优化太阳能使用的关键技术

可持续运营与计算机4（2023）22使用MPPT技术和工业4.0建模优化太阳能Bhapasa Patraa，Pragya Nemab，Mohd Zaheen Khanc，Osama Khanda印度贾尔冈G H Raisoni工商管理学院东方大学电机工程系b印度因斯布鲁克东方大学电子电气工程系c工程技术学院机械工程系，印度勒克瑙226021d机械工程系，Jamia Millia Islamia，110025，印度aRT i cL e i nf o关键词：光伏电池DC-DC变换器MPPT扰动观测算法工业4.0a b sTR a cT太阳能是由太阳以光辐射的形式释放的能量，然后由人类使用多种方法（例如光伏电池）来利用。它是无限的能源，如太阳能不属于任何人，所以它是在没有成本。世界公认的太阳能利用量为3000- 50000 EJ，远远超过世界能源利用总量600 EJ。最大功率点跟踪（MPPT）可以集成在控制充电中，并进一步用于根据少数情况从光伏电池中取出最高可提取和可获得的输出。光伏模块的特定输入能够产生最高可能的输出功率，称为MPP（最大功率点）或最高电压。最大功率随太阳能电池组件所需温度的能量参数而变化。此外，该方法还采用了多个分量来计算输入参数，这些分量具有各自的不确定性。这种不确定性通过使用配备有包括工业4.0技术的传感器的设备来消除。这些值由传感器传回，从而实现无误差的太阳能估计。这提供了令人钦佩的结果，因此被雇用。该系统可以通过采用基于微处理器的DC-DC降压转换器电路和引入最大功率点跟踪技术来开发充电控制器。1. 介绍太阳能是一种非常容易获得的能源;它可以改进为广泛的发电，位于或靠近使用点或作为中心站，对所有人都有利，类似于传统发电厂。这两种方法还可以积累它们从太阳辐射中产生的能量。地球上太阳能的总量远远超过世界现有和预期的能源需求。如果使用得当，这种极端的分配源有可能确保所有预期的能源需求。在21世纪，可以预测太阳能发电作为一种取之不尽用之不竭的能源将逐渐发展得更加引人注目，因为它具有可再生的电力供应和生态友好的质量，与有限的化石燃料、石油和天然气煤等截然不同。此外，通过将这些技术与工业4.0成功整合，可以实现太阳能的有效利用[1，2]。∗ 通讯作者。电子邮件地址：zhnkhan4@gmail.com（M.Z. Khan）。https://doi.org/10.1016/j.susoc.2022.10.0011.1. 太阳能近年来，研究人员对太阳能的研究越来越重视.目前，对太阳能的大量使用的需求令人担忧，例如加热水，或烹饪，或发电和制冷。太阳能是一种可再生能源的产物;太阳是通过其核心内发生的热核结合产生的。全球所有的电力储备都直接或间接来自Sun [3，4]。太阳实际上- 盟友将太阳能以巨大的能量包或光子的形式传输到地球表面。太阳能以电子流的形式表示成语在印度，平均用电量仍然处于世界上最低水平，每人每年仅为630千瓦时，但预计在未来几天内将增长到1000千瓦时。中央电力局（CEA），2008年的峰值电力需求是120吉瓦的电力，尽管只有98吉瓦可以完成。根据印度光伏项目发明者Aston Field的一项调查，到2012年，这种不安全性预计将增长到25吉瓦。电力部制定了到2012年实现“人人享有电力”的计划。印度运动桥梁波峰短落使用场地的量。他们中的许多人依赖于增加化石燃料的足迹，因此确实提高了我们的信心。接收日期：2022年2月8日;接收日期：2022年8月23日;接受日期：2022年10月26日2022年11月2日在线发布2666-4127/© 2022作者。由Elsevier B.V.代表KeAi Communications Co.出版，这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）可在ScienceDirect上获得目录列表可持续运营和计算机期刊主页：http://www.keaipublishing.com/en/journals/sustainable-operations-and-computers/B. Patra，P. Nema，M.Z. Khan等人可持续运营与计算机4（2023）2223���������∫Fig. 1. 光伏组件建模。和对化石燃料的信任。与此同时，政府也在加大可再生能源参与电力发展的力度。最重要的能源发电资源是燃煤电厂;个人领域是印度电力生产的主要来源[7]。1.2. 最大功率点跟踪（MPPT）该MPPT充电控制器使负载获得最大的电流，租金将采用迅速充电的电池。大多数电力输出可以理解为最大功率提供给数百人的最终电压，损失最少。这通常另外有时被称为峰值功率电压。最大功率点的最大电插座与电流-电压曲线（IV）上的目的有关从PV曲线可以此外，我们还可以找到与PV升压转换器相关的波形，其中我们可以获得升压之前和之后的电压。众所周知，升压变换器工作在连续和不连续两种工作模式下。而在导通模式下，电感电流永远不会 0，因此它必须在循环开始时部分放电以进行切换。另一方面，我们发现电感器中存在电流，因为它到了转换周期的最后在数学上，对于连续传导：开关接通������=(1)∗∫���������开关断开在PV器件产生峰值输出即，其中电流强度和电压（V）的结果最多。MPPT可以“���������”������������������������������������������依赖于外部因素如温度、光源的光状态和设备的技术进行修改。以确保大部分电力-将Pmax设置为太阳能PV设备对这些外部因素可见，大多数功率输出跟踪器也可以用作操作以调节设备的电阻[5，6]。2. MATLAB建模图1描绘了根据MATLAB仿真绘制的太阳能电池的数学建模。我们都知道，光伏电池是由反向电流通过二极管汲取的，并由规范玻色子电流供电。规范玻色子电流方程是基于市场上来自太阳的辐射来预测的，因此星形面板表面处的温度将各自输入光伏电池所采用的面积单位，因此太阳能电池在雕塑上支持该方程。图2显示了光伏电池输出电压，根据信息表在34 V下获得。因此，如MPPT公式部分所述，获得了星型电池的PV曲线，我们不连续传导模式：������=(1)∗∫���������MPPT的主要目的是在功率开始下降的特定转换时限制电压。如图 4、针对MPPT公式，在MATLAB Simulink中进行了MPPT仿真。MPPT的基本工作是调查设施是否在减少。支持此分析MPPT产生一个脉冲信号，提供给升压转换器。这些脉冲面积单位变化支持电压变化，因此每次迭代时功率变化假设在任何特定时间测量电压和电流并将其馈送到MPPT。MPPT比较电压和电流的测量，这根据光伏电池的PV曲线，预计该设施应该处于增加的在任何特定时间，如果功率开始下降，则MPPT通过降低脉冲尺寸来限制电压[13由于在这种特殊的设置中存在几个设备，是很必要的，他们会在测量中的某种误差B. Patra，P. Nema，M.Z. Khan等人可持续运营与计算机4（2023）2224图三. 太阳能电池的PV曲线图二. PV升压输出。这种测量误差由配备工业4.0技术的传感器检测，因此这些值被调整为正确的读数。该模型通过消除系统中存在的所有误差来提供全过程输出。3. 方法3.1. 光伏电池PV电池是由半导体材料与援助的名称方面的积极和太阳前的方面为负的，积极的在任何时候，太阳光线落在光伏电池上;它产生电子，然后在外部电路中传播，即众所周知的光电流。在光伏电池的该模型期间，其指示如图7所示的电流供应。似乎有一个电压在输出端子，如果它这个电压导致电流通过触点，有点像二极管。这些二极管与在工业4.0模型上工作的传感器连接，将错误率推导回原始系统[17���������������=���������−������−������ℎ���������B. Patra，P. Nema，M.Z. Khan等人可持续运营与计算机4（2023）2225见图4。 MPPT实现。图五. 完整的系统与MPPT连接升压转换器由太阳能电池供电。B. Patra，P. Nema，M.Z. Khan等人可持续运营与计算机4（2023）2226[[][���������������∕���老回到之前最容易获得的力量 这MPPT铝-���图六、太 阳 能光伏电池的单二极管模型。图7.第一次会议。 太阳跟踪器进入黑暗模式。（b）跟踪模式的太阳能跟踪器用来聚集阳光的在这个系统中，双轴猎人被雇用，所以跟踪太阳和产生最大的电力。在执行星跟踪器内，轻量级传感器区域单元要计算日照和光线的数量。在这些轻型传感器之间设置了多云障碍物，以避免从不同方向返回的阳光，从而准确快速地跟踪太阳。辐射损失由支持工业4.0的太阳能电池板解释，该太阳能电池板进一步与在工业4.0模型上工作的传感器连接，从而将错误率推导回原始系统[20，21]。3.3. P-O-扰动观测算法通常，P-O技术是指MPPT之后的技术。该算法，是一个可以忽略不计的搅拌引入，起源于一个设施，用于区分光伏模块.所获得的功率在最后阶段，有时考虑与早期获得的输出进行比较。如果输出端的最终功率扩大，则维持相同的技术，否则扰动被反转。在此过程中，扰动将阵列处的电压传递到电池模块。该最终电压从模块升高或降低，以确保设施的增强或降低。一旦能量的增加最终成为增强的功率，这意味着运行中的目的 在MPPT的左边。因此，附加扰动过程对于MPPT的正确性至关重要。另一方面，如果电压上升导致功率缩减，则这意味着太阳能电池的操作中目的MPPT侧是正确的，因此需要朝向左侧的额外扰动来成功地进一步扰动MPPT部分。图8给出了装药控制器部分的假设P-O公式的算法流程。作为利用MPPT充电控制器实现了光伏组件和蓄电池的组合，并计算出相关组件和蓄电池的电压。在测量电池的电压之后，随后进行预计算，以验证电池的充电状态。因此，我们认为， 它检测到所需的电压限制，然后如果它发现电池绝对充电到12.6 V，则立即停止充电，以避免电池过度充电。如果没有完全通电，则通过激活DC-DC设备来启动充电。该分析由微控制器执行，并且进一步地，在最后阶段的可获得功率P_new是通过考虑电压和电流，并且相对于以下的比较来评估该功率：���=���������−���������+������������������∕���-1 − ���������+���������������������ℎ与先前观察到的功率Pold相关。如果P新大于P旧，则增加关于PWM技术的占空比以去除大部分功率，大部分功率是谐波引入的原因，并且一些功率是谐波引入的原因。对于短路电流，当输出电压为0时，一部分来自太阳能电池板如果Pnew小于���=������������������– ������������������– 1���ℎP，占空比降低，形成一定的排列，该二极管和因此电流供应（Iph）面积单位并联放置，如图7所示。由于PV产生的电流开始振荡，因此发生了许多电子空穴复合，这些复合使正式激发的电子减少;电流的这种损失由分流电阻（Rsh）表示。制造商不断扰乱保持每个这些电阻的属性尽可能少，以发展光伏组件的工作（图1和图2）。三、5、6）。3.2. 太阳能跟踪器太阳能光伏组件的轻量化与便捷化获得了一个不间断的区别.采用太阳能光伏跟踪器来跟踪太阳以促进恒星组合。在电现象系统中，光伏组件安装在星跟踪器上，因此在光伏组件区域单元上的所有时间意味着传统的方向内， 太阳由于太阳在一天中从东向西旋转，恒星跟踪器制定了确保恒定和最大发电量的方法，系统地为电池充电，因此将增加其持续时间。在室内照明系统中，因此，出租m被发现更简单，执行起来更直接，价格更低，更精确[223.4.可持续发展与工业4.0对于任何系统来说，产生不确定性的主要原因是人为错误非常普遍。此外，有时甚至机器在计算属性时也可能有一些边际误差，这也需要同样考虑和校准。工业4.0技术配备了多个传感器，可定期测量系统中的各种属性及其误差。然后，工业4.0机器中使用的传感器根据这些误差确定的实际值重新调整输出[25，26]。由于该系统围绕着可再生技术，有助于建立供应系统的稳定性，同时保持生态平衡。这是可能的，因为智能电网软件的平等性，包括可持续性，减少有害排放，从而调节空气质量指数。毫无疑问，需求和能源危机正在以惊人的速度增长，但工业4.0提供了一系列解决方案，以减少能源摄入，从而提高能源效率。������B. Patra，P. Nema，M.Z. Khan等人可持续运营与计算机4（2023）2227见图8。 MPPT P O算法。见图9。 升压转换器前后的输出电压B. Patra，P. Nema，M.Z. Khan等人可持续运营与计算机4（2023）2228智能化的明天。3R4. 结果图9示出了由光伏电池蒸汽供电的MPPT连接的升压设备的整个系统。太阳能电池的输出端与旁路二极管相连，升压转换器将利用MPPT公式产生的脉冲平方测量值输入升压器件开关，从而测量输出电压。通过在电流路径内实现位电阻来减小电流值，则MPPT充电控制器将使电压值最大化。这种电压对电流的定量关系的修改通常被称为最大输出跟踪（MPPT）;它将使电池的电流增加约20%至25%。从图9中可以5. 结论本课题从优化的角度出发，对光伏组件输出功率的最佳利用进行了探讨。光伏模块功率与约束条件共同存在一种新的规划意图作用. P O公式是在不同的第一个输出的单独的变量，所以拉格朗日多-[7] B. Patra，P. Nema，智能电网电力滤波器的太阳能集成多电平逆变器分析，载于：电气，计算，通信和可持续技术进展国际会议（ICAECT），2021年，第100页。1-5，doi：10.1109/ICAECT 49130.2021.9392527。[8] G.C. Mahato，T.R Choudhury，B. Nayak，MPPT和FPPT的研究：一个简短的比较，在：IEEE第17届印度理事会国际会议（INDICON），新德里，印度，2020年，pp. 1-7，doi：10.1109/INDI- CON49873.2020.9342374。[9] R. Reshma Gopi，S. Sreejith，光伏应用中的转换器拓扑结构坚持住。能源收入（2018），doi：10.1016/j.rser.2018.05.047.[10] B.R.Patra ，SmartElectricityGenerationwithSolarTechnology-atransformation，IJERECE（2017）ISSN：2394-6849，June.[11] P. 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