Ученые из ЛЭТИ 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.

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. 

Одним из перспективных направлений последнего десятилетия для решения данной проблемы являются 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», – 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. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Energy.

«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», – поясняет Кингсли Шинонсо Околи.

В исследовании приняли участие ученые из ЛЭТИ, Университета Нигерии Нсукка, Университета Наджрана (Саудовская Аравия), Университета Хаиля (Саудовская Аравия), Университета Шакра (Саудовская Аравия), Университет принцессы Нуры бинт Абдулрахман (Саудовская Аравия), Университет Абу-Даби (ОАЭ).