برمجيات أنظمة تشغيل محاكاة الطاقة: مراجعة نقدية لدمج المركبات الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية

الملخص

يمثل التكامل التآزري بين أنظمة الخلايا الشمسية الكهروضوئية (PV) وبنية شحن المركبات الكهربائية (EV) مسارًا تحويليًا نحو النقل المستدام وأنظمة الطاقة اللامركزية. ومع ذلك، فإن الجدوى التقنية والاقتصادية لهذا التكامل تعتمد بشكل حاسم على برمجيات متطورة لأنظمة تشغيل محاكاة الطاقة. تقدم هذه الورقة مراجعة نقدية لأحدث المنصات البرمجية – بما في ذلك MATLAB/Simulik و PVsyst و SAM (نموذج نظام المحلل) و TRNSYS و HOMER Pro – مع تقييم قدراتها وقيودها وقابليتها لتطبيق نمذجة النظم البيئية للمركبات الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية. يركز التحليل على ستة أبعاد تشغيلية أساسية: (1) نمذجة الإشعاع الشمسي الديناميكي ودرجة الحرارة، (2) محاكاة تدهور بطارية المركبة الكهربائية وملف الشحن، (3) مطابقة الحمل في الوقت الفعلي والتفاعل مع الشبكة، (4) تحسين نظام تخزين الطاقة (ESS)،  (5) نمذجة تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه من المركبة إلى الشبكة (V2G)، و(6) تحليلات التكلفة دورة الحياة وانبعاثات الكربون. تكشف النتائج الرئيسية عن فجوات كبيرة: تفتقر معظم البرمجيات إلى أطر المحاكاة المشتركة الأصلية للديناميكيات المتزامنة (الشمسية – الكهربائية – التخزين)، ولا تعالج بشكل كافٍ سلوكيات القيادة والتوقف العشوائية، وتقلل من شأن تفاعلات الإدارة الحرارية. علاوة على ذلك، تقدم عدد قليل من المنصات توائم رقمية تشغيلية قابلة للتطوير ومستندة إلى السحابة للتحكم الإشرافي في الوقت الفعلي. تخلص المراجعة إلى أنه على الرغم من أن الأدوات الحالية توفر قدرات أساسية، إلا أن برمجيات الجيل القادم يجب أن تدمج التعلم الآلي للإدارة التنبؤية للطاقة، والحوسبة الطرفية (الحافة) للتحكم منخفض الكمون، وبروتوكولات الاتصال الموحدة (مثل ISO 15118 و OCPP) لتمكين التكامل الحقيقي للمركبات الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية. يعمل هذا العمل كخريطة طريق تقنية لمطوري البرمجيات، ومشغلي أنظمة الطاقة، ومهندسي السيارات.