A francia PSL Egyetem Anyagalakítási Központjának kutatói mesterséges intelligenciát (MI) és gépi tanulást kombináltak számítógépes áramlástannal, hogy megvédjék a napelemeket a szélsőséges szélviszonyoktól.
A technológia célja, hogy minimalizálja a megújuló energiaforrások leállási idejét, különösen az egyre gyakoribb szélsőséges időjárási események közepette. Az InterestingEngineering számolt be az innováció részleteiről.
A klímaváltozás elleni küzdelemben a fotovoltaikus napelemek kulcsfontosságú eszköznek számítanak. Azáltal, hogy képesek a bőséges napfényt villamos energiává alakítani, ezek a panelek nagy mennyiségű tiszta energiát termelhetnek, és csökkenthetik a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőségünket.
Világszerte számos ország fektet be naperőművek építésébe annak érdekében, hogy elérjék nettó zéró kibocsátási céljaikat, ezzel a napenergia az energiaipar leggyorsabban növekvő szektora lett.
Azonban a bolygó felmelegedésével egyre több szélsőséges időjárási esemény következik be, ami veszélyezteti e megújuló energiaforrás megbízhatóságát, és fel kell készülnünk ezekre a kockázatokra.
Az ipari felhasználás mellett egyre több háztartás is a fenntartható erőforrások felé fordul. (Fotó: Canva)
A széljárás egyszerre lehet hasznos és káros a napalapú erőművek számára. Amikor lassan fúj, a szél segít eltávolítani a port és a szennyeződéseket a napelemek felszínéről. Ez lehetővé teszi, hogy a panelek teljes felületükön fogadják a napfényt, és maximalizálják az energiatermelést.
Ezen túlmenően a szél hűtőanyagként is szolgál a napelemek számára. A működés során a fotovoltaikus panelek belsejében hő halmozódhat fel, ami csökkenti energiatermelési hatékonyságukat. A szél segít csökkenteni a hőfelhalmozódást, így biztosítva a panelek hatékony működését.
Ahhoz, hogy nagy kapacitású naperőműveket hozzanak létre, a napelemeket hatalmas földterületeken telepítik. Ez lehetővé teszi, hogy a szél akadálytalanul áthaladjon rajtuk, azonban amikor a szélerősség nő, a vékony panelek rendkívül sérülékennyé válnak. Ha a nagy sebességű szél megrongálja a naperőműveket, hetekig is eltarthat, mire helyreállítják őket, ami az energiaellátásban is fennakadásokat okoz.
Annak érdekében, hogy minimalizálják a napelemek károsodását nagy sebességű szél esetén, a kutatók olyan paramétereket vettek számításba, mint a talajmagasság, a dőlésszög és a sorok közötti távolság. Még azokat a követő rendszereket is átalakították, amelyek célja a nap útját követve maximalizálni az energiatermelést, hogy ellenállóbbá tegyék a rendszereket szeles körülmények között.
Az így megtervezett naperőmű képes irányítani a paneljeit, hogy azok biztonságos „pihenő” pozícióba kerüljenek – párhuzamosan a talajjal –, amikor a szél viharossá válik. Ez azonban nem mindig elegendő nagy sebességű szél esetén.
E problémára válaszul a PSL Egyetem kutatócsoportja Elie Hachem professzor vezetésével, aki a Számítógépes és Áramlástani Kutatócsoport vezetője, a gépi tanulás és a mesterséges intelligencia alkalmazása mellett döntött. Ezzel intelligensebb paneleket hoztak létre, amelyek önálló döntéseket hozhatnak a károk minimalizálása érdekében.
„A fejlett áramlástan és mesterséges intelligencia ötvözésével lehetőséget láttunk arra, hogy innovatív módon kezeljük a szélkárok kockázatát, és hozzájáruljunk a megújuló energiaforrások ellenállóbbá tételéhez” – mondta Hachem egy sajtóközleményben.
A szélerőművek működéséhez a minél erősebb szél a szerencsés. (Fotó: Canva)
A kutatók gépi tanulást használtak a szélviszonyok szimulálására, és optimalizálták a napelemek szögét az erős széllel szemben. Az elérhető adatok alapján az algoritmus kreatív megoldásokat dolgozott ki a stressz csökkentésére. Azonban ahelyett, hogy a panelek konkrét utasításokat kaptak volna, a gépi tanulási algoritmus lehetővé tette számukra, hogy maguk döntsenek. Kiderült, hogy ez a módszer felülmúlja a jelenlegi védelmi intézkedéseket.
„Olyan ez, mintha megtanítanánk a paneleket „táncolni” a széllel, minimalizálva a károkat, miközben védik az energiatermelést a nagy sebességű szélerő esetén” – tette hozzá Hachem.
Az úttörő jelentőségű megoldás szembe megy a hagyományos mérnöki konvenciókkal, mégis rendkívül jól mérhető. Vitathatatlan, hogy hozzájárulhat az ellenállóbb rendszerek építéséhez a zöldebb jövő érdekében.
A kutatás eredményeit a Physics of Fluids című folyóiratban tették közzé.
Kiemelt kép: Canva
Devenyi Dalma
