Российские и зарубежные ученые разработали «цифровой двойник» для оптимизации работы солнечных светотепловых электростанций. Предложенный исследователями подход позволил на 12% повысить эффективность термоэлектрических систем, которые позволяют преобразовывать световую и тепловую энергию солнца в электричество. Исследование опубликовано в журнале Energy.
Сегодня рост населения планеты (особенно в городах), а также механизация, автоматизация и цифровизация окружающей среды человека приводит к возрастанию спроса на эффективные и экологичные энергоносители.
Одно из перспективных направлений последнего десятилетия для решения этой проблемы — фотоэлектрические термоэлектрические (PV-TE) системы генерации энергии. В основе их работы — солнечные элементы (фотоэлектрические преобразователи), которые преобразуют в электричество не только свет, но и тепло, которое поступает из солнца. Благодаря чему они обладают гораздо большей мощностью по сравнению с обычными солнечными электростанциями, оставаясь при этом технологией «зеленой энергетики».
«Мы разработали "цифровой двойник" для оптимизации характеристик PV-TE-системы, который позволил на 12% повысить ее выходную мощность. Для проведения сравнительного исследования и выбора наилучшей модели были спроектированы 12 различных конфигураций данного оборудования», — рассказал выпускник Факультета компьютерных технологий и информатики (ФКТИ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ», сотрудник лаборатории искусственного интеллекта Университета Нигерии Нсукка Кингсли Шинонсо Околи.
Используя специальное программное обеспечение, ученые построили трехмерную численную модель PV-TE установки, при помощи которой проводилась стимуляция системы в динамике в течение года в изменяющихся условиях окружающей среды. В своих экспериментах ученые использовали реальные климатические данные из Юго-Восточной Нигерии, собранные в течение года. Такой подход позволил с высокой точностью имитировать погоду для более точного моделирования процессов в самом «цифровом двойнике».
Кроме того, в своей работе ученые исследовали то, какой из трех основных типов примесей в наножидкостях для терморегулирования PV-TE-систем является наиболее эффективным: просто дистиллированная вода, оксид титана или графен. Использование последного материала продемонстрировало наилучшие характеристики, в том числе обеспечив повышение общей производительности энергетического оборудования.
«Наше исследование показало, что правильная конфигурация PV-TE-системы оказывает критическое влияние на эффективность выработки электроэнергии. Этот фактор напрямую связан с погодными параметрами, где применяется данное оборудование», — пояснил Кингсли Шинонсо Околи.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
