太陽

この記事は、IEEE Xplore と提携した独占的な IEEE Journal Watch シリーズの一部です。

インドのオリッサ工科大学の研究者らは、太陽電池アレイを動力源とする直流電気モーターのモデルを開発した。 このシステムは AI を利用して太陽電池アレイの出力を最適化し、モーターを 88% の効率で動作させます。 実際の DC 電気モーターの効率は 75 ～ 80% です。 このような太陽光発電モーターは、いつか産業機械、家電製品、さらには電気自動車にも使用される可能性があります。

この研究の筆頭著者であるビスミット・モハンティ氏は、このモデルの焦点は、利用可能な太陽光発電に対してモーターの最高出力を得るために、システム全体の効率を高めることにあったと述べている。 効率の向上は、太陽電池アレイからの電力出力を最適化する AI アルゴリズムのほか、モーターの回生ブレーキ システムと、太陽電池アレイとブレーキ システムの両方から充電できるバッテリーからもたらされます。

太陽電池には最大電力点があり、これは所定の照射量に対して太陽電池が供給できる最大電力です。 最大電力点は温度や太陽光によって変動するため、太陽電池は常に最大電力を出力できるわけではありません。 可能な限り最大出力に近づける方法は、太陽電池の抵抗を変更することで、取り出される電力の量が変わります。

そこで AI モデルが登場します。MATLAB/Simulink モデルで、Mohanty 氏と彼の同僚は、毎日数千回の温度と放射照度の測定値に基づいて、最大出力を生み出す太陽電池の抵抗を計算するニューラル ネットワークをトレーニングしました。 この技術は、最大電力点追跡のための既存の AI 技術を利用しています。 モデルはニューラル ネットワークを使用してトレーニングされるため、複雑な基準を使用して予測を行うことはできますが、それらの予測の正確な基準を伝えることはできず、予測のブラック ボックスとして機能します。

このモデルによると、晴天時には太陽電池アレイがモーターを動作させるのに十分な電力を生成し、余剰エネルギーをバッテリーに蓄えます。 曇りの日はバッテリーからモーターが動きます。 モーターの回生ブレーキ システムは、ブレーキがかかるたびにバッテリーを充電し、運動エネルギーを電気エネルギーに変換します。 チームは仮想モデルのみを作成しましたが、実用的な物理モデルの構築は将来のステップになる可能性があります。

太陽光発電電気モーターのこのモデルは、産業環境や冷蔵庫や扇風機などの家庭用電化製品に使用できます。 モハンティ氏は、いつかそのようなシステムが電気自動車に使用され、EVを主電力網に接続する必要がなくなることを期待していると述べた。

「今では、電気自動車を駅または自宅から充電する必要があります」とモハンティ氏は言います。 「私は、（車両に搭載された）太陽電池アレイから直接電力を得る充電不要の電気自動車が欲しいのです。」

この研究結果は、2023 年電気科学応用スマート システム国際会議で 7 月に発表されました。