محرّكات كهربائية تعمل بالطاقة الشمسية

لعربات ذاتية القيادة لا تتصل أبداً بالكهرباء

طوّر باحثون من كلية الهندسة والتكنولوجيا (بوبانسوار) الهندية نموذجاً لمحرّك كهربائي بتيّار مستمر يتلقّى طاقته من شبكة شمسية. يعتمد النظام على الذكاء الاصطناعي لزيادة إنتاج الشبكة الشمسية وتشغيل المحرّك بفعالية 88 في المائة، في حين تتراوح فاعلية المحرّكات الكهربائية ذات التيّار المستمر في العالم الحقيقي بين 75 و88 في المائة. ويوماً ما، قد يُستخدم هذا النوع من المحرّكات في الآلات الصناعية، والأجهزة الكهربائية المنزلية، وحتّى السيّارات الكهربائية.نموذج بنظام ذكاء اصطناعي يقول بيسميت موهانتي، الباحث الرئيسي في الدراسة، إنّ تركيز النموذج كان منصباً على تعزيز فاعلية النظام عامّةً للحصول على أقصى إنتاج من المحرّك بالاعتماد على الطاقة الشمسية المتوفرة. تأتي مكاسب الفاعلية من خوارزمية الذكاء الاصطناعي التي تعزّز إنتاج الطاقة من الشبكة الشمسية، ونظام الكبح المتجدّد في المحرّك، وبطارية تشحن من الشبكة الشمسية ونظام الكبح.

تملك الخلايا الشمسية نقطة طاقة قصوى، وهي عبارة عن الطاقة الكهربائية القصوى التي تنتجها لكميّة معيّنة من الإشعاع. تتغيّر هذه النقطة مع درجة الحرارة وأشعّة الشمس، ما يحول دون إنتاج الخلايا الشمسة للكمية القصوى من الطاقة. وللاقتراب قدر الإمكان من الإنتاج الأقصى، يجب تعديل مقاومة الخلايا الشمسية، وبالتّالي تغيير كميّة الطاقة المستخرجة.

وهنا يأتي دور نموذج الذكاء الاصطناعي. في نموذجهم المسمى «ماتلاب - سيمولينك». ونقلت مجلة جمعية المهندسين الكهربائيين الأميركيين عن موهانتي أنه درب وزملاؤه شبكة عصبية لاحتساب مقاومة الخلايا الشمسية التي قد تولّد الإنتاج الأقصى، بناءً على آلاف القياسات اليومية لدرجات الحرارة والإشعاع الشمسي.

تستفيد هذه التقنية من تقنيات الذكاء الاصطناعي المتوفرة لمراقبة نقطة الطاقة القصوى. ولأنّ النموذج دُرّب باستخدام شبكة عصبية، فإنه يستطيع تقديم توقّعات باستخدام معايير معقّدة، ولكنّه لا يستطيع نقل المعايير الدقيقة لهذه التوقعات، أي أنّه أقرب في عمله إلى الصندوق الأسود.عربات كهربائية بطاقة الشمسيشير النموذج إلى أنّه في الأوقات المشمسة، تولّد الشبكة الشمسية طاقة كافية لتشغيل المحرّك، وتخزّن فائض الطاقة في البطارية. وعندما يكون الطقس غائماً، يتحوّل عمل المحرّك إلى البطارية. ويشحن نظام الكبح المتجدّد في المحرّك البطارية أثناء تشغيل المكابح، محوّلاً الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.

وطوّر الفريق حتّى الساعة نموذجاً افتراضياً فقط، ولكنّ خططهم المستقبلية تتضمّن بناء نموذج حقيقي. ويمكن استخدام نموذج المحرّك الكهربائي العامل بالطاقة الشمسية في الإعدادات الصناعية، أو الأجهزة الكهربائية المنزلية، مثل الثلاجات والمراوح. يقول موهانتي إنّه يأمل رؤية نظام مثل هذا يوماً ما في العربات الكهربائية لنفي الحاجة لوصلها بالشبكة الكهربائية الرئيسية.

ويضيف: «اليوم، علينا شحن العربة الكهربائية في المحطّة أو المنزل. أريد عربة كهربائية لا تحتاج للشحن، بل تتلقّى طاقتها مباشرةً من الشبكة الشمسية أو من نفسها».

وقد نُشرت نتائج هذه الدراسة في يوليو (تموز) في المؤتمر الدولي للأنظمة الذكية للتطبيقات في العلوم الكهربائية 2023.