Precise voltage control, power sharing for DC-bus with hybrid energy storage and (Neuro-Fuzzy) controller based MPPT for Hybrid Renewable Energy

The main objective of this work is to design and simulation of the stand-alone Hybrid Renewable Energy system (HRES), separated from the main local network, the effect of super capacitors when connected to the system, and the effect of power source control system on the response and work of super capacitors. It consists of Photovoltaic, Wind turbine, Hybrid Energy Storage System (HESS). The HESS system consist of Batteries, Supper capacitors, with chargers. The proposed system used real record of weather pattern and load conditions for Al-Mahmoudiya Hospital. The variable sources are changing with different weather conditions. Being important energy sources for generating electricity directly from the sun. In order to generate electrical energy that is sustainable and reliable, highly efficient, low cost, and continuous. It can provide maximum power use. The absence of winds in most regions of Iraq permanently led to the use of such a type of renewable energy (RE) system called solar updraft tower (SUT). The wind turbine can be fixed inside the chimney of the SUT, to make the turbine run smoothly and continuously. Each of the HRES parts is controlled by a converter specific to each source due to the nature of the nonlinear source work. In this paper, the main sources of energy are photovoltaic panels and SUT. Finally, MATLAB program using real recorded data, the system work at a high efficiency of 98%. So the simulation results show the HRES system have excellent results and fast tracking to supply the load demand.

Hybrid Energy Storage System with Vehicle Body Integrated Super-Capacitor and Li-Ion Battery: Model, Design and Implementation, for Distributed Energy Storage

In this paper, a distributed energy storage design within an electric vehicle for smarter mobility applications is introduced. Idea of body integrated super-capacitor technology, design concept and its implementation is proposed in the paper. Individual super-capacitor cells are connected in series or parallel to form a string connection of super-capacitors with the associated management unit to form a panel. These super-capacitor panels are shaped to fit the alternative concept of vehicle design, and it solves the design issues and prepares for configurable electric vehicles. Body integration of super-capacitors enhances the acceleration, and regenerative braking performances of the electric vehicle increases the operating life of the Li-ion battery and improves space utilization by giving more area for the main energy source, the Li-ion battery. Integrating super-capacitor into the car body involves special packaging technology to minimize space and promotes distributed energy storage within a vehicle. This pioneering design encourages future configurable electric vehicles. Model of both the Li-ion battery and the super-capacitor employed is studied with its series internal resistance determined at various C-rates. Loss and the efficiency analysis of the bi-directional converter, traits of body integrated super-capacitors system and control of the interleaved bi-directional converter to regulate the power-sharing in the hybrid energy storage system is presented.

Investigation of power output and efficiency of piezoelectric energy harvesters

Η πιεζοηλεκτρική συγκομιδή ενέργειας αφορά στην εκμετάλλευση μικροποσοτήτων ενέργειας από το περιβάλλον στην κλίμακα των mW, με βάση την αρχή του πιεζο-ηλεκτρικού φαινομένου. Ερευνάται εντατικά την τελευταία 20-ετία με στόχο να τροφοδοτηθούν απομακρυσμένα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, μικροηλεκτρονικές και βιοϊατρικές συσκευές στα πλαίσια της ευρείας διάδοσης του IoT, αποφεύγοντας τη χρήση συσσωρευτών και καλωδιώσεων. Παρά την σημαντική ερευνητική προσπάθεια οι τεχνολογίες της πιεζοηλεκτρικής συγκομιδής ενέργειας (PEH) ευρίσκονται ακόμη σε χαμηλό επίπεδο τεχνολογικής ετοιμότητας και υπάρχουν λίγες μόνο ολοκληρωμένες εφαρμογές. Έχοντας διαπιστώσει σχετική έλλειψη σε πειραματικές διερευνήσεις έναντι των καθαρά θεωρητικών, επιλέχθηκε ως κύριος αντικειμενικός στόχος της εργασίας η υποστήριξη της διαδικασίας σχεδιασμού των PEH μέσω πειραματικής διερεύνησης των χαρακτηριστικών λειτουργίας εμπορικά διαθέσιμων πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων και ορισμού κατάλληλων δεικτών αξιολόγησης του βαθμού απόδοσης και της ειδικής ισχύος τους. Με τον τρόπο αυτό γίνεται εφικτή η δίκαια αξιολόγηση της πραγματικής απόδοσης των PEH κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες ροϊκά επαγόμενης και μηχανικής ταλάντωσης. Οι εργαστηριακές δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε καινοτόμα σχεδιασμένες πειραματικές διατάξεις που κατασκευάστηκαν ειδικά για τις ανάγκες της διατριβής. Η επεξεργασία των αποτελεσμάτων έγινε τόσο με συμβατικές όσο και με καινοτόμες μεθόδους. Οι συγκεκριμένες διατάξεις επιτρέπουν την συστηματική αξιολόγηση της απόδοσης σε συνδυασμό ευρείας περιοχής συχνοτήτων ταλάντωσης βάσης και συνθηκών ροής, ώστε να γίνεται εφικτή η χαρτογράφηση σε δύο διαστάσεις της ειδικής ισχύος και του βαθμού απόδοσης. Αντίθετα με την επικρατούσα πρακτική του ορισμού βαθμού απόδοσης με βάση θεωρητικό γραμμικό μοντέλο της ταλάντωσης, διατυπώθηκε καινοτόμος ορισμός με βάση το ρυθμό μεταβολής της ελαστικής ενέργειας του πιεζοηλεκτρικού στοιχείου. Ο προτεινόμενος ορισμός είναι πιο ρεαλιστικός, αφού η ελαστική ενέργεια παραμόρφωσης κατέστη δυνατόν να μετρηθεί με βάση μεθοδολογία ψηφιοποίησης της ελαστικής γραμμής με χρήση γραμμικού laser που επιτρέπει την οπτικοποίηση με φωτογράφηση, αλλά και με βάση βιντεοσκόπηση σε 960 fps της ταλάντωσης. Έχει δε το πρόσθετο πλεονέκτημα ότι μπορεί να εφαρμοστεί και σε συνδυασμένη ροϊκή και μηχανική διέγερση. Η εργασία έλαβε υπόψη τον λεπτομερή σχεδιασμό των εξεταζόμενων πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων, ως σύνθετης πλάκας σε καμπτική ταλάντωση, στους υπολογισμούς ελαστικής ενέργειας παραμόρφωσης, ειδικής ισχύος και βαθμού απόδοσης. Έγινε συγκριτική αξιολόγηση, με βάση την αναπτυχθείσα μεθοδολογία, δύο αντιπροσωπευτικών αισθητήρων με διαφορετικό πιεζοηλεκτρικό υλικό (PZT και PVDF), με επιπλέον χρήση υπερ-πυκνωτών (super capacitors) στο κύκλωμα αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία οδήγησε σε περαιτέρω αύξηση του βαθμού απόδοσης. Η συγκριτική αξιολόγηση των αισθητήρων αυτών οδήγησε σε χρήσιμα συμπεράσματα για περαιτέρω βελτιώσεις στο λεπτομερή σχεδιασμό τους, με στόχο την αύξηση της ειδικής ισχύος και βαθμού απόδοσης. Έγινε δε εφικτό να διεγερθεί ροϊκά ο μετατροπέας από PZT, υψηλής καμπτικής στιβαρότητας, με τοποθέτηση στο ελεύθερο άκρο του ειδικά σχεδιασμένης υπερκατασκευής, οπότε και επιβεβαιώθηκε ότι η συνδυασμένη διέγερση του συγκεκριμένου τύπου μετατροπέα ικανοποιεί την αρχή της επαλληλίας. Η νέα αυτή οπτική επιτρέπει την ορθολογική πλέον αξιολόγηση της απόδοσης διαφορετικού τύπου και σχεδιασμού αισθητήρων και παρέχει εξηγήσεις σχετικά με τις μεγάλες διακυμάνσεις των μεγεθών αυτών στην εξειδικευμένη βιβλιογραφία. Επιπλέον συνεισφέρει στην ορθολογική βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των μετατροπέων ως σύνθετων πλακών, ώστε να ανταποκρίνονται στις ανάγκες συγκεκριμένων εφαρμογών, με λήψη υπόψη των επιπέδων διέγερσης των πηγών και τις διαθέσιμες θέσεις ταλάντωσης.