تحسين الكفاءة والاستدامة: شاحن بطارية EV ثنائي الاتجاه يتحكم به الشبكة العصبية مع تكامل الطاقة الشمسية الكهروضوئية

سيارات يمكنها تزويد منزلك بالطاقة

تخيل أن سيارتك الكهربائية لا تكتفي بسحب الطاقة الشمسية النظيفة من سطح منزلك فحسب، بل تعمل أيضًا كخزان احتياطي للطاقة للمنزل عندما تنقطع الكهرباء. تستكشف هذه الدراسة كيفية جعل تلك الرؤية عملية وفعالة من خلال دمج الطاقة الشمسية على السطح، والإلكترونيات الذكية، وبرنامج حاسوبي متعلم يحافظ على سريان الكهرباء بسلاسة في كلا الاتجاهين.

لماذا يهم الشحن الأذكى

تنتشر المركبات الكهربائية بسرعة، وكذلك الألواح الشمسية. ومع ذلك فإن معظم أجهزة الشحن الحالية تحرك الطاقة في اتجاه واحد فقط، من الشبكة إلى السيارة، وتستخدم طرق تحكم بسيطة تكافح عند تغير السطوع الشمسي أو ظروف الشبكة. يجادل المؤلفون بأنه للوصول إلى أقصى استفادة من الطاقة النظيفة، نحتاج أنظمة شحن تستطيع مشاركة الطاقة بين الشبكة والسيارة والمنزل، مع الاستجابة بذكاء للغيوم وتغير استهلاك المنزل وحالة شحن بطارية السيارة.

جسر طاقة ثنائي الاتجاه

صمم الباحثون نظام شحن يربط بين ثلاثة عناصر: مجموعة ألواح شمسية، الشبكة العامة، وبطارية المركبة الكهربائية. في جوهره يوجد محول طاقة خاص يمكنه رفع أو خفض الفولتية ومن الأهمية أنه يرسل الطاقة في كلا الاتجاهين. في وضع «من الشبكة إلى المركبة» يوجه الكهرباء من الألواح الشمسية وإذا لزم الأمر من الشبكة إلى البطارية. في وضع «من المركبة إلى المنزل» يعكس الطريق بحيث يمكن للسيارة تشغيل الأجهزة المنزلية. يتعامل نفس العتاد مع البطاريات الصغيرة المستخدمة في الدراجات النارية والحقائب الأكبر في سيارات الأسرة، مما يوضح أن تصميمًا واحدًا يمكن أن يخدم أنواعًا مختلفة من المركبات.

شاحن يتعلم أثناء العمل

بدلاً من الاعتماد على متحكم قائم على قواعد تقليدية، يستخدم الفريق شبكة عصبية اصطناعية، نموذج حاسوبي مستوحى من كيفية تعلم الدماغ من الأمثلة. في المحاكاة الحاسوبية، تنظر هذه الشبكة إلى مقدار التيار الداخل إلى البطارية أو الخارج منها وإلى المقدار المرغوب فيه. ثم تعدل نبضات التشغيل الصغيرة التي تحرك المفاتيح الإلكترونية داخل المحول. وبما أنها تدربت على سيناريوهات عديدة، يمكنها أن تتفاعل بسرعة عندما يتراجع إنتاج الطاقة الشمسية أو تهتز فولتية الشبكة أو يتغير وضع التشغيل بين شحن السيارة وتغذية المنزل. مقارنةً بالمتحكمات التقليدية من نوع التناسب–التكامل، تستقر الشبكة العصبية في تشغيل مستقر أسرع وتحافظ على التيار أقرب إلى القيمة المطلوبة.

الاستفادة القصوى من ضوء الشمس

تم إعداد النظام لإعطاء الأولوية للطاقة الشمسية كلما كانت متاحة. خلال فترات السطوع الشمسي، يأتي معظم طاقة الشحن من الألواح، مما يقلل السحب من الشبكة ويخفض الانبعاثات غير المباشرة. عندما تتسرب الغيوم أو يحل المساء، يزيد المتحكم بسلاسة الدعم من الشبكة حتى يحصل السائق على شحنة موثوقة. في وضع تزويد المنزل بالطاقة، يمكن لبطارية السيارة تغذية حمل منزلي بينما يحافظ نظام التحكم على خرج ثابت حتى مع تغير الحمل. عبر مجموعة واسعة من حالات الاختبار ولكلا البطاريات منخفضة وعالية الفولتية، يبلغ الشاحن المحاكى كفاءات تزيد على 90٪ ويحافظ على الفولتيات والتيارات ضمن حدود آمنة.

ماذا يعني هذا للمستخدمين اليوميين

بالنسبة للسائقين ومالكي المنازل، يشير العمل إلى شواحن أكثر من مجرد مقابس بسيطة. يمكن لسيارة متصلة من خلال هذا النوع من الأنظمة الذكية، الواعية بالطاقة الشمسية والثنائية الاتجاه أن تشحن بسرعة وكفاءة في الأيام المشمسة، وتعتمد أقل على الشبكة في أوقات الذروة، وتعمل كمصدر احتياطي هادئ للطاقة أثناء الانقطاعات. وبينما تأتي النتائج الحالية من نماذج حاسوبية مفصلة بدلاً من أجهزة فعلية، فإنها تشير إلى أن الجمع بين الألواح الشمسية ومحول ثنائي الاتجاه ومتحكم قائم على التعلم يمكن أن يحول المركبات الكهربائية إلى شركاء طاقة مرنين لمنازل أنظف وأكثر مرونة.

الاستشهاد: Poojary, R., Perumal, R. & Sachidananda, H.K. Optimizing efficiency and sustainability: ANN-controlled bi-directional EV battery charger with solar PV integration. Sci Rep 16, 15094 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46047-2

الكلمات المفتاحية: شحن المركبات الكهربائية, الطاقة الشمسية الكهروضوئية, شاحن ثنائي الاتجاه, تحكم بالشبكة العصبية, من المركبة إلى المنزل