تحسين توليد الطاقة بالطاقة البشرية باستخدام انحدار العمليات الغاوسية

Summary

يحسن هذا البروتوكول أنظمة توليد الكهرباء التي تعمل بالطاقة البشرية باستخدام الانحدار العملي الغاوسي لتحقيق كفاءة تتراوح بين 80٪-90٪ مع الحفاظ على السلامة الفسيولوجية، ويوفر طرقا قابلة للتكرار لتحويل التمارين إلى إنتاج طاقة مستدام، مع معالجة تحديات البطالة والطاقة المتجددة.

Abstract

يقدم هذا البروتوكول إطار عمل تحسين الانحدار الجبري (GPR) لأنظمة توليد الكهرباء التي تعمل بالطاقة البشرية لمعالجة البطالة التكنولوجية وطلبات الطاقة المتجددة في الوقت نفسه. أجرى سبعة مشاركين 112 تجربة عبر 16 تكوين، جمعت بين أربعة فولتية بطارية (12 فولت، 24 فولت، 36 فولت، 48 فولت) مع أربعة أحمال كهربائية (10 واط، 30 واط، 50 واط، 70 واط) باستخدام مولد دراجات ثابت معدل. دمج نموذج GPR نوى تحديد الصلة التلقائي (ARD) المربعة لتحديد الدواسة (ARD) لربط معلمات سرعة الدواسة والضغط والجهد والحمل بكفاءة التوليد مع قياس عدم اليقين في التنبؤ. جمع البيانات في الوقت الحقيقي عند 2 هرتز كان يلتقط المعلمات الميكانيكية والكهربائية من خلال حساسات تأثير هول، ومقاييس الإجهاد، ومحللات الطاقة باستخدام بروتوكولات اتصال مودباس. حقق النظام المحسن كفاءة نظرية قصوى تتراوح بين 80٪-90٪ مع معامل التباين (CoV) أقل من 15٪، مقارنة بكفاءة 60٪-70٪ و25٪-35٪ تباين في الأنظمة التجارية. أظهرت توقعات GPR أن R² = 0.713 مع زمن استجابة أقل من 10 مللي ثانية من خلال تقنيات تقريب متفرقة، مما أتاح التحكم في الوقت الحقيقي. تغيرت معايير التشغيل المثلى بشكل منهجي: الأحمال المنخفضة تتطلب 150-180 دورة في الدقيقة عند ضغط 50-70 نيوتن، بينما كانت الأحمال الأعلى تبلغ ذروتها عند 100-120 دورة في الدقيقة مع ضغط 100-150 نيوتن. حسن تكوين 48 فولت الكفاءة بنسبة 68٪ مقارنة بخط الأساس 12 فولت (المقاس كمؤشر كفاءة نسبي، REI، مطبع إلى الأساس = 100٪). حددت المراقبة الخاصة بالطور بداية التعب عند 35-40 دقيقة، مما أدى إلى تعديلات تحكم واعية للمخاطر بناء على عدم اليقين الخلفي. يضع البروتوكول طرقا كمية لموازنة توليد الطاقة مع القيود الفسيولوجية، مما يوفر إطارا قابلا للتكرار لنشر الأنظمة التي تعمل بالطاقة البشرية في منشآت اللياقة حيث يحدث تعادل بسعر 0.18 دولار/كيلوواط ساعة للكهرباء.

Introduction

إن تلاقي الأتمتة المدفوعة بالذكاء الاصطناعي وتغير المناخ يطرح تحديات غير مسبوقة تتطلب حلولا مبتكرة تعالج كل من البطالة التكنولوجية والتحولات المستدامة في الطاقة. تشير التحليلات التجريبية إلى ارتفاع 85 مليون نزوح وظيفي بحلول عام 2025، مع زيادة في البطالة بنسبة 2.8 نقطة مئوية^في وظائف الحاسوب والرياضيات. وفي الوقت نفسه، وصلت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى 426.9 جزء في المليون في فبراير 2025^{، مما} استلزم توسعا عاجلا لقدرة الطاقة المتجددة ^3,4. تقدم هذه الورقة نهجا جديدا لمعالجة الأزمتين في الوقت نفسه من خلال أنظمة توليد....

Protocol

تضمنت هذه الدراسة اختبارات تمارين غير جراحية باستخدام دراجة ثابتة ولم تشكل خطرا أكثر من ضئيلة على المشاركين. كان جميع المشاركين من المتطوعين البالغين الأصحاء الذين قدموا موافقة شفهية مستنيرة بعد تلقي معلومات مفصلة حول الإجراءات التجريبية، وحقهم في الانسحاب في أي وقت، وسرية البيانات. اتبعت الإجراءات المبادئ الأخلاقية لإعلان هلسنكي للأبحاث التي تشمل البشر.

1. جمعية HPEG

1. تجميع الهيكل الميكانيكي
   ملاحظة: يجب إجراء جميع التعديلات الميكانيكية في مكان عمل جيد التهوية مع معدات السلامة المناسبة، بما في ذلك نظارات السلامة وقفازات العمل. أظهرت التطورات الحديثة في أنظمة حصاد الطاقة التي تعمل بالطاقة البشر....

Results

تشير الكفاءة إلى كفاءة التحويل الديناميكي الحراري (0-100٪). يشير مؤشر الكفاءة النسبية إلى مؤشر الكفاءة النسبية، المحسوب بأنه (مرصود/أساسي) × 100٪، والذي يمكن أن يتجاوز 100٪. لمقارنة الإعدادات غير المتجانسة، يستخدم مؤشر الكفاءة النسبية، والذي يحسب بقسمة الكفاءة المرصودة على تكوين أساسي ثابت (12 V-70 W)، يقاس تحت نفس خط الأنابيب. لذا، فإن REI = 110٪ يدل على زيادة بنسبة 10٪ مقارنة بالقاعدة الأساسية، وليس كفاءة ديناميكية حرارية تتجاوز 100٪. ما لم يكن مؤشر REI، تشير الكفاءة إلى كفاءة التحويل .......

Discussion

يعتمد التنفيذ الناجح للتحسين القائم على GPR لأنظمة HPEG بشكل حاسم على دقة الاقتران الميكانيكي والكفاءة الحسابية²⁸. ثبت أن تكوين الجنط فقط كان ضروريا، حيث أن مجموعات العجلات الكاملة أدت إلى انخفاض كفاءة التتبع بنسبة 35٪-45٪ من خلال تغيرات القصور الذاتي الدوراني²⁷. ظهر معايرة شد الحزام إلى 350 ± 50 نيوتن كانحرافات حرجة بشكل خاص أدت إما إلى فشل مبكر أو خسائر طفيلية مفرطة، مما أثر مباشرة على دقة توقع GPR. بينما أدخل ناقل الحركة بحزام V ~8٪ خسائ.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
وحدة مخرج التيار المتردد (صيني، نوع اللوحة GB/T)	10/16 أمبير، شريط كاسيت مدمج، مصاريع حماية الأطفال	مقبس تيار متردد مكتبي بخمسة فتحات (أسود)	وانيو
حزام V بولي يوريثان قابل للتعديل	نوع ABCZM، حزام PU مفصل	حزام بولي يوريثان على شكل V مفصل عالمي ABCZM (مع وبدون أعمدة / وبدون مسامير / —
مفتاح ربط قابل للتعديل	6 إنش، مقياس ليزر	مفتاح قابل للتعديل بطول 6 إنش مفتوح الفك، ومقبض مصقول 250006	روينينغ
المولد، مغناطيس دائم ثلاثي الطور	300 واط، 24 فولت (كما هو مذكور)	300– مولد دائم مغناطيسي ثلاثي الطور ثلاثي الطور بقدرة 400 واط، 300 واط 24 فولت ؛	جيونيان
حزمة بطارية، محطة طاقة محمولة	وحدة محمولة بسعة كبيرة بقوة 2400 واط	محطة طاقة احتياطية محمولة بقدرة 2400 واط، تخزين طاقة شمسية متعددة الوظائف / &
سلسلة دراجات	1/2" &مرة؛ 1/8"، قوة شد 920 كجم، حد استطالة 0.5٪	KMC X101
كمبيوتر الدراجات (لاسلكي)	مقاوم للماء، إضاءة خلفية ليلية، عداد السرعة/المسافة	كمبيوتر دراجة لاسلكي بشاشة كبيرة، مقاوم للماء، إضاءة خلفية / وmdash؛
مدرب دراجات (بكرة مغناطيسية، قابلة للطي)	مقاومة مغناطيسية، دولاب موازنة مهوا، مقابض مزدوجة القفل	مدرب بكرة مقاومة مغناطيسية، قابلة للطي / &
دراجة هوائية، طريق (700 درجة مئوية)	عجلات 700C، مزودة بتروس	دراجة هوائية للطريق الهوائي 700C، متعددة السرعات	إلى الأبد، يونغجيو
وحدة تحكم الشحن، MPPT (12/24 فولت)	أوتوماتيكي 12/24 فولت، 20 أمبير (كما هو مذكور)	وحدة تحكم شحن شمسية MPPT 12/24V 20 A	لانشينغ
حساس التيار الكهربائي، تأثير هول	± 100 أمبير، 20 مللي فولت/أمبير وأكثر؛ 0.5٪, BW=120kHz	ACS758LCB-100B
ديود (حجب) — تحقق من الجهاز الدقيق	قائمة المكسات ديود شوتكي / ثنائي الاتجاه TRIAC / IXFN132N50P3	IXFN132N50P3 (تدعي أن ديود شوتكي وترياك ثنائي الاتجاه) / —
ديود، استرداد فائق السرعة	200 فولت V_RRM، 30 أمبير I_F(AV)، < 35 نانوان t_rr	RHRG30120
الشريط الكهربائي (PVC)	لفة 9 أمتار	شريط كهربائي ET6 9 م	ثور
حمل إلكتروني، قابل للبرمجة	200 واط مستمر، 0--500 فولت، 0--120 أمبير	BK بريسيجن 8500
متحكم دقيق، 32-بت	ARM Cortex-M4، 72 ميجاهرتز، ADC@5MSPS 12-بت	STM32F334C8T6
MOSFET، قناة P	RDS(on)< 10mΩ، 200V، -12A	IRFP9240
المقياس المتعدد، الرقمي	إضاءة خلفية، محمية من التحميل الزائد	مقياس متعدد رقمي DEM23، إضاءة خلفية، مضاد للاحتراق	ديليكسي
المقياس المتعدد، الدقة	6.5 أرقام ودقة DCV 0.0035٪	فلوك 8845A	حظ
مضخم تشغيلي، رباعي	السكك الحديدية إلى السكك الحديدية، فوس< 2 مللي فولت، 1 ميجاهرتز GBW	MCP6004
مولد المغناطيس الدائم	مغناطيسات N42 بقوة 24 فولت/300 واط، 12 قطب،	YC-FD300
قاطع دائرة قابل لإعادة التعيين (الضغط لإعادة الضبط)	3– سلسلة 50 A (كما هو مدرج)	قاطع دائرة إعادة ضبط الحرارة 88/98 السلسلة/AR 3– 50 A	كويوه
مجموعة مفكات البراغي (فيليبس/فلات)	6× 100 مم، رؤوس مغناطيسية، قطعتين	مجموعة مفكات مغناطيسية مسطحة 6 × 100 مم (2 قطعة)	فيليبس
البرمجيات، لغة البرمجة	الإصدار 3.8، مع إطار عمل GUI		بايثون
كتلة طرفية، وضعية واحدة (DIN/لوحة)	IN-100BK، فئة 130 A (كما هو مدرج)	كتلة نهاية سكة DIN IN-100BK، موقع واحد وnbsp;	ويليان دون
كتلة طرفية، وضعية واحدة (DIN/لوحة)	IN-411S، فئة 60 A (كما هو مدرج)	كتلة نهاية سكة DIN IN-411S، موقع واحد وnbsp;	ويليان دون
رافعات الإطارات (زوج)	12 بوصة (30 سم)، 2 قطعة	رافعات الإطارات 12 بوصة (زوج)	تشنغتشو
دايود TVS	تثبيت 135 فولت، ذروة 1500 واط، < استجابة 1ps	1.5KE100A
موصلات الأسلاك، الفصل السريع (الرصاصة)	1.5– 2.5 مم & sup2;، نايلون، أزرق، 100 مجموعة	موصلات أسلاك الفصل السريع للرصاص، زرقاء (100 مجموعة)	جوتويلي
مزيل الأسلاك/الكابح	7 إنش، متعددة الوظائف	مزيل أسلاك متعدد الوظائف بحجم 7 إنش DL902200	ديلي
سلك، سيليكون (12 AWG &asymp؛ 3.4 مم وزيادة في السوق)	عزل السيليكون عالي الحرارة، 1 متر	سلك سيليكون 12 AWG (&a_عرض؛ 3.4 مم وزيادة 2;) 1 م	لانجيانغ