Интернет вещей может приблизить коммерческое внедрение водяного охлаждения солнечных модулей
Аккумулятор FIAMM 12 FLB 400 P
Чешская команда разработала систему Интернета вещей на основе протокола MQTT для автономного охлаждения фотоэлектрических панелей, что позволило увеличить суточную выработку энергии на 7,38 % при положительном энергетическом балансе.
Исследовательская группа из Чехии разработала новую архитектуру Интернета вещей (IoT), специально предназначенную для активного водяного охлаждения фотоэлектрических панелей.
«Архитектура позволяет точно оценить чистый энергетический баланс процесса охлаждения, — заявили разработчики. — Предложенная система обеспечивает автономную работу отдельных узлов охлаждения, а также централизованную координацию и поддержку принятия решений на основе трендов на уровне «туманных» вычислений. Такой подход повышает общую энергоэффективность, снижает зависимость от централизованного оборудования и создает масштабируемую основу для будущей интеграции стратегий управления на основе искусственного интеллекта».
Распределенная архитектура на основе интернета вещей включает в себя автономный микроконтроллер на базе ESP32, промежуточный уровень Raspberry Pi для принятия решений в режиме реального времени и дополнительный облачный уровень для долгосрочной оптимизации.
Система использует распределенную архитектуру Интернета вещей, состоящую из трех уровней: периферийного, туманного и облачного. Периферийные узлы отвечают за сбор данных, а датчики на фотоэлектрических панелях измеряют температуру, электрическую мощность, состояние охлаждающей жидкости и условия окружающей среды.
Данные отправляются на центральный контроллер по протоколу связи MQTT с использованием очереди сообщений для телеметрии. На контроллере вступает в работу «туманный» уровень, который в режиме реального времени принимает решения и запускает водяной насос в соответствии с пороговыми значениями, которые не разглашаются. Облачный уровень обеспечивает долгосрочный анализ, но не является обязательным для работы системы.
Экспериментальное исследование предложенной технологии Интернета вещей проводилось на открытом воздухе на реальной установке мощностью 600 Вт в месте, которое не разглашается. В ходе эксперимента две ветви фотоэлектрической установки были подключены к новой системе Интернета вещей, а две другие — нет, они служили в качестве контрольных. Данные собирались в течение 52 дней.
Согласно полученным результатам, в один из дней суточная выработка энергии на охлажденной ветке составила 818,61 Вт·ч, в то время как на контрольной неохлажденной ветке — 762,36 Вт·ч. Таким образом, абсолютный прирост составил 56,25 Вт·ч, а относительный — 7,38 %. «С учетом измеренного энергопотребления насоса в 6 Вт окупаемость инвестиций в энергию (ROI) в типичные дни с высокой интенсивностью солнечного излучения составила 1,07, что подтверждает положительный чистый энергетический баланс в реальных условиях эксплуатации», — добавили исследователи.
«Предложенная архитектура полностью беспроводная, масштабируемая и не зависит от ограничений, связанных с централизованным аппаратным обеспечением, — заключили они. — Благодаря точной оценке общего энергетического эффекта охлаждения, а не мгновенного пикового прироста, исследование позволяет создать практически реализуемую и энергетически сбалансированную систему адаптивного управления температурой фотоэлектрических систем в динамичных климатических условиях».
Система была представлена в статье «Энергоэффективная IoT-архитектура для активного охлаждения фотоэлектрических панелей в условиях динамической смены погоды», опубликованной в журнале Energy Conversion and Management: X. В исследовании приняли участие ученые из Южночешского университета в Ческе-Будеёвице и Чешской академии наук.