إدارة طاقة البطاريات المحسّنة باستخدام نهج غامض طراز-2 محسن

طاقة أذكى للمباني العاملة بالطاقة الشمسية

مع تزايد تركيب الألواح الشمسية وحزم البطاريات على أسطح المنازل والمكاتب، يبرز سؤال جديد: كيف نقرّر، دقيقة بعد دقيقة، ما إذا كنا سنستخدم الطاقة الشمسية مباشرة، أو نخزنها، أو نعيد بيعها إلى الشبكة؟ تستكشف هذه الورقة طريقة أذكى لإدارة تدفّق الكهرباء بحيث تتمكن المباني من خفض فواتيرها، والاعتماد أكثر على الطاقة النظيفة، وإطالة عمر بطارياتها—كل ذلك دون الحاجة إلى حواسب فائقة الأداء أو إشراف بشري مستمر.

لماذا تحتاج الطاقة الشمسية والبطاريات إلى «عقل»

الألواح الشمسية نظيفة بشكل رائع لكنها متقلبة بشكل محبط. السحب، وتقلب درجات الحرارة، وتغير الطلب داخل المبنى تتسبب في تذبذب إنتاج الطاقة الشمسية واحتياجات الكهرباء طوال اليوم. تساعد البطاريات عبر امتصاص الطاقة الفائضة وإعادتها لاحقاً، لكن الشحن والتفريغ العشوائي يمكن أن يهدر الطاقة، ويُقصر عمر البطارية، أو يشتري الكهرباء في أوقات غير مناسبة. تميل أنظمة التحكم التقليدية إلى اتباع قواعد «إذا–فإن» جامدة: إذا وُجد فائض من الطاقة الشمسية، اشحن البطارية؛ إذا كان هناك عجز، فرغها. هذه القواعد البسيطة تتجاهل تعقيدات الواقع مثل الطقس المتغير بسرعة أو تقلب أسعار الكهرباء، وعادةً ما تُعدّل يدوياً لتناسب حالة محددة واحدة.

نوع أكثر ليونة من اتخاذ القرار

يقترح المؤلفون متحكماً «غامضاً» أكثر مرونة ليعمل كعقل لنظام الطاقة الشمسية والبطارية. بدلاً من التعامل مع المدخلات باعتبارها عالية أو منخفضة فقط، يعمل المتحكم بدرجاتٍ من الترجيح: يمكن أن يكون فائض الطاقة إيجابياً قليلاً، أو إيجابياً بقوة، أو في مكان ما بينهما؛ وشحنة البطارية قد تكون منخفضة، متوسطة، أو مرتفعة؛ والأسعار قد تكون رخيصة، عادية، أو مكلفة. متحكمهم المحسّن، المسمّى نظام المنطق الضبابي طراز‑2، يذهب خطوة أبعد من ذلك بأنه يأخذ في الحسبان عدم اليقين في تلك المدخلات—مثل الضوضاء في الحساسات أو السحب المتغيرة بسرعة—بدلاً من التظاهر بأن القياسات دقيقة تماماً. يستقبل ثلاثة معلومات رئيسية: الفرق بين توليد الشمس والطلب داخل المبنى، وحالة شحنة البطارية، وسعر الكهرباء الحالي. باستخدام 45 قاعدة مصممة بعناية، يقرر مدى قوة شحن أو تفريغ البطارية، أو متى يسمح للشبكة بالمساعدة.

من المعادلات إلى شبكة صغيرة عاملة

لاختبار هذا التحكم الذكي، بنى الباحثون أولاً نماذج مفصلة للألواح الشمسية، وحزمة البطاريات، والمحولات التي تربط كل شيء معاً. تصف هذه النماذج كيف يستجيب المصفوف الشمسي للضوء ودرجة الحرارة، وكيف تتصرف أنواع البطاريات المختلفة أثناء الشحن والتفريغ، وكيف ترفع أو تخفض المحولات الإلكترونية الفولتية حسب الحاجة. وفوق هذه الشبكة الصغيرة الافتراضية، وضعوا «عقليْن» متنافسين: المتحكم التقليدي القائم على القواعد والمتحكم المحسّن بنظام المنطق الضبابي طراز‑2. كلاهما شُغِّلا على أجهزة حاسوب قياسية في إعداد شبيه بما يمكن تركيبه عند «حافة» نظام طاقة مبنى حقيقي، بالقرب من حيث تُجمَع البيانات وتتخذ القرارات.

تعريض المتحكم الجديد للاختبار

باستخدام بيانات الطقس، والطلب، والأسعار الواقعية خلال فترة 24 ساعة، قارن الفريق كيف يتصرفان في يوم صافٍ مشمس ويوماً غيمياً جزئياً. وجدوا أن المتحكم الضبابي يحافظ على استقرار جهد الشبكة الصغيرة بشكل أفضل، وهو أمر مفيد للأجهزة والإلكترونيات القوية. كما يوجّه مزيداً من الطاقة الشمسية مباشرة إلى المبنى بدلاً من تدويرها بلا داعٍ عبر البطارية، ويستخدم البطارية بلطف أكبر، محافظاً على شحنتها في نطاق متوسط صحي بدلاً من التفريغ العميق. في الأيام الغيمية، عندما يتقلب إنتاج الشمس صعوداً وهبوطاً، يتكيف المتحكم المرن بسلاسة، مستعيناً بالبطارية والشبكة فقط عند الحاجة الحقيقية. عموماً، يقلل النظام الضبابي من استخدام طاقة الشبكة بحوالي ربع مقارنة بعدم وجود تخزين، ويخفض تكاليف الطاقة بنحو 22–32 بالمئة مقارنةً بالاستراتيجيات القياسية في إعدادات مشابهة.

ما معنى هذا للمباني المستقبلية

لأصحاب المباني ومشغّلي الشبكات، الرسالة واضحة: يمكن لاستراتيجية تحكم أذكى تحويل الألواح الشمسية والبطاريات الحالية إلى نظام طاقة أكثر موثوقية وكفاءة من حيث التكلفة. من خلال تبنّي أسلوب قرار «ليّن» يتسامح مع عدم اليقين بدلاً من محاربته، يحافظ المتحكم الضبابي المحسّن على إضاءة المباني، ويخفض الفواتير، ويحسن صحة البطاريات، حتى عندما تكون الشمس والطلب بعيدين عن التنبؤ. مع مزيد من التجارب الميدانية والدراسات طويلة الأمد، يمكن لهذا النوع من المتحكمات أن يصبح مكوّناً أساسياً لجعل المباني أكثر خضرة ومتانة.

الاستشهاد: Naoui, M., Romdhane, M., Gacem, A. et al. Optimized battery energy management using an improved type-2 fuzzy logic approach. Sci Rep 16, 11469 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41490-7

الكلمات المفتاحية: إدارة طاقة شمسية, التحكم في تخزين البطاريات, تحسين الشبكات الصغيرة, المنطق الضبابي, المباني الذكية