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This paper aims to ensure the Maximum Battery Reliability (MBR) in the standalone photovoltaic (PV) application by improving the Energy Management System (EMS). In fact, the intermittent nature of PV energy and the unsuitable charge control strategy cause the lead acid battery degradation by the electrolyte stratification, the non-cohesion of activ...
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Hybridizing a lead–acid battery energy storage system (ESS) with supercapacitors is a promising solution to cope with the increased battery degradation in standalone microgrids that suffer from irregular electricity profiles. There are many studies in the literature on such hybrid energy storage systems (HESS), usually examining the various hybridi...
Citations
... In most renewable energy application, an energy storage element such as lead acid battery is required to maintain system function. The major drawback of the solar gel battery is the decreasing of its available capacity over time and the limited lifetime [1][2][3]. The manufacturing quality of the lead acid battery has a weighty impact on its performance during the operation mode [4,5]. ...
The manufacturing quality of the solar gel battery has a weighty impact on its performances as well as its available rated capacity and lifetime. It is possible to achieve many improvements of battery quality by making attention to the critical causes of manufacturing process defect. The aim of this paper is the critical assessment of the manufacturing process defects of the solar gel battery using a novel approach based on a combination of Failure Mode and Effect Analysis (FMEA), fuzzy logic method and Pareto chart. FMEA is performed for the manufacturing process with the aim of identifying the various failure modes, their causes and effects. The implementation of the fuzzy logic method for the input factors: Occurrence (O), Severity (S) and Non-detection (ND), then these factors are related to reach Fuzzy Risk Priority Number (FRPN). A comparative study is done to assess the validity and efficiency of fuzzy FMECA versus the traditional Failure Mode, Effects and Criticality Analysis (FMECA). This study is completed by developing Pareto chart to highlight the most important causes and suggest some corrective actions. The results prove that the proposed approach can efficiently assess the manufacturing process defects of solar gel battery.
Resumen-Las fuentes de energía renovable como la eólica o solar se caracterizan por ser fluctuantes, por lo que los sistemas de almacenamiento de energía como los basados en baterías (BESS, por sus siglas en inglés), constituyen una pieza clave para hacer que estos sistemas de generación sean más controlables y/o despachables para diversos tipos de funciones auxiliares o de soporte. Sin embargo, es importante revisar algunos de los factores que tienen lugar no solo en el diseño de un BESS, sino también en su operación, lo cual está relacionado, entre otros, con la aplicación del BESS en relación con la fuente renovable de energía, su interface de electrónica de potencia, el sistema de gestión de baterías, así como el método de carga. La consideración adecuada de estos factores en un BESS derivará en una mejor expectativa de vida para el BESS, y por esta razón, se revisan en este trabajo. Palabras clave-Fuentes renovables de energía, Almacenamiento de energía con baterías, Convertidores electrónicos de potencia. Introducción El uso de la energía eléctrica para un futuro sostenible, requiere de fuentes renovables de energía (RES, por sus siglas en inglés). A pesar de las ventajas ambientales y el crecimiento de las RESs, entre otros, hay dos problemas importantes al integrar estas fuentes de energía en la red eléctrica (Yang et al., 2018). Uno de estos es la naturaleza fluctuante de las RESs; por este motivo, el almacenamiento de energía especialmente el basado en baterías (BESS, por sus siglas en inglés), es útil para equilibrar la generación de energía de la fuente renovable (que es fluctuante), con la demanda de energía de las cargas (que también es fluctuante) y la inyección/demanda de energía que se pueda intercambiar con la red eléctrica; todo esto mediante el adecuado manejo de los intervalos de carga y descarga del BESS. El otro problema consiste en considerar los factores que afectan la vida útil de un BESS, como pueden ser: la temperatura de operación, los números de carga y descarga, el tamaño del sistema, el estado de carga de la batería, la corriente y voltaje de operación, la aplicación y el mantenimiento, entre otros. En este sentido, un BESS se puede entender como un subsistema de amortiguamiento, que permite el balance entre la generación y la demanda, lo cual generalmente se logra mediante un sistema de gestión de baterías (BMS, por sus siglas en inglés). Existen múltiples trabajos que proponen esquemas de BMS, sin embargo, rara vez toman en cuenta las dinámicas de cambio tanto de la generación como de la demanda, en relación con la dinámica propia del BESS y/o el método de carga, todo lo cual le impone condiciones de operación que pueden no ser las mejores para la salud del mismo. Así, en este artículo se hace una revisión de algunos de los factores que se tienen que tomar en cuenta al diseñar BESS, no solo para el propósito final que es ayudar en la integración de RESs, sino también de aquellos factores que son determinantes en relación con la vida útil del BESS. Por un lado, se describen algunas de las principales aplicaciones de los BESSs en relación con las RESs. La importancia de identificar la aplicación específica es, que cada una significa de manera correspondiente, requerimientos específicos para el BESS, que determinarán no solo su dimensionamiento o tipo de tecnología seleccionada, sino también la forma de operarlos. En otra sección se describen y revisan las opciones que existen, en torno a los principales componentes de un BESS. De manera específica, se revisan: las tecnologías de baterías mayormente usadas, los tipos de convertidores electrónicos de potencia (conversión cd-cd) que sirven como interface entre las baterías y el bus de cd e.g. de un sistema alterno de energía, y que por la naturaleza del BESS (carga/descarga) tienen que permitir el flujo bidireccional de energía; así como algunas variantes de sistemas de gestión de baterías (BMSs), que son claves no solo para administrar la energía que se intercambia entre el BESS y el sistema de generación y/o carga (o red eléctrica), sino además para cuidar el estado de salud del BESS. En otra sección se discute sobre los factores que de manera intrínseca afectan la salud de las baterías y, por lo tanto, influyen en la vida útil de las mismas baterías. También se revisa en esta sección, algunas de las variantes de métodos de carga. Finalmente, se presentan las conclusiones del trabajo.
The use of photovoltaic system especially for water pumping is one of the best alternative methods for irrigation in most rural and desert areas. However, the intermittent nature of photovoltaic energy and the limited battery lifetime remain the major impediments to the evolution of using the Photovoltaic Water Pumping System (PVWPS). This paper aims to analysis and improve the PVWPS performances for irrigation in Jerid Tunisia. In this context, the sizing of the PVWPS is investigated firstly. Then, a performances analysis of PVWPS is done with the aim to identify the critical failure modes. The improvement of PVWPS performances is ensured by the use of an appropriate charge control strategy for battery pack and the integration of a Hybrid Energy Storage System (HESS). Finally, an improved Energy Management System (EMS) for HESS is developed to ensure an adequate distribution of energy from different sources. The results show that the proposed charge control for battery pack and the HESS improve the PVWPS availability under critical climatic conditions as well as its reliability.
