عنوان المشروع: Green IQ: نظام ذكي لإدارة الطاقة الشمسية في المنازل العراقية Green IQ: An Intelligent Solar Energy Management System for Iraqi Residential Applications
الوصف:
Iraq's chronic electricity shortage — averaging 12 hours of national grid supply per day — compels households to operate diesel generators as the primary backup, incurring significant financial costs and contributing to urban air pollution through CO₂ and particulate emissions. Although residential solar photovoltaic (PV) installations are increasingly prevalent, the absence of intelligent energy management software tailored to Iraqi conditions means that battery banks are frequently exhausted before grid restoration. This paper presents Green IQ, a web-based Smart Home Energy Management System (SHEMS) that addresses this gap through five integrated subsystems: (1) a 30-second real-time battery State-of-Charge (SoC) monitoring engine, (2) a multi-tier autonomous load-shedding engine that activates at SoC thresholds of 20%, 10%, and 5%, (3) a 24-hour predictive forecasting module incorporating an Iraqi-calibrated solar irradiance bell-curve model and a real-time panel efficiency degradation formula, (4) a self-learning hourly consumption pattern engine using Exponential Moving Average (EMA) updating, and (5) an Anthropic Claude AI integration for context-aware device scheduling informed by 2-day weather forecasts. The system draws from an appliance database of 2,424 Iraqi household devices across five product categories, enabling automated energy management without any manual power-rating input from users. Simulation results demonstrate SoC computation accuracy within 0.1% of theoretical values, correct three-tier protection activation in all test scenarios, forecast Mean Absolute Percentage Error (MAPE) of 11.3% after 7-day learning convergence. The solar efficiency estimates deviating by less than 2% from established degradation models and degradation model demonstrates physically consistent results across the full range of Iraqi summer climate conditions, with efficiency reductions of 9–43% from nameplate values depending on temperature, humidity, and cloud conditions. Outdoor lighting automation tied to astronomical sunrise/sunset times is fully operational. Green IQ is implemented with FastAPI, SQLite, APScheduler, and Jinja2, running on standard consumer hardware without cloud infrastructure dependency. Keywords: Smart Home Energy Management System (SHEMS); Solar Battery Optimization; Autonomous Load Shedding; Demand Response; Predictive Forecasting; Iraqi Residential Energy
Green IQ: نظام ذكي لإدارة الطاقة الشمسية في المنازل العراقية
الخلاصة
يعاني العراق من أزمة طاقة مزمنة تتجلى في شح الكهرباء الوطنية التي لا تتجاوز 12 ساعة يوميًا في أحسن الأحوال، مما يدفع الأسر إلى تشغيل مولدات الديزل المكلفة والمسببة للتلوث بيئيًا. رغم انتشار أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية، فإن غياب برامج إدارة طاقة ذكية مناسبة للظروف العراقية يؤدي إلى استنزاف بطاريات التخزين قبل عودة التيار الكهربائي. يقدم هذا البحث نظام Green IQ، منصة ذكية لإدارة الطاقة المنزلية تدمج خمسة أنظمة فرعية: مراقبة فورية لشحن البطارية في الوقت الحقيقي (كل 30 ثانية) ، خفض الأحمال تلقائيًا عند انخفاض الشحن (يعمل عند مقاييس حالة شحن تبلغ 20% و10% و5%) ، نموذج تنبؤي لمدة 24 ساعة يتضمن نموذج منحنى الجرس للإشعاع الشمسي مُعايرًا وفقًا للظروف العراقية، ومعادلة لحساب تدهور كفاءة الألواح الشمسية في الوقت الفعلي يحاكي الإشعاع الشمسي ويحسب تدهور الألواح، نمط استهلاك ذكي يتعلم ذاتيًا باستخدام تحديث متوسط المتحرك الأسي ، وتكامل ذكاء اصطناعي لجدولة الأجهزة استنادًا إلى توقعات الطقس لمدة يومين. يعتمد النظام على قاعدة بيانات تضم 2424 جهازًا عراقيًا عبر خمس فئات ويعمل بشكل تلقائي ودون تدخل بشري لبيانات استهلاك الطاقة من المستخدمين. تُظهر نتائج المحاكاة دقةً عالية في تنبؤات حسابات شحن البطارية (SoC) ضمن نطاق 0.1% من القيم النظرية وفاعلية تامة في أنظمة الحماية التلقائية ثلاثي المستويات في جميع سيناريوهات الاختبار وكفاءة في إدارة وتقديرات الطاقة الشمسية التي تنحرف بنسبة أقل من 2% عن نماذج التدهور المعتمدة، متوسط الخطأ المطلق النسبي للتنبؤ (MAPE) بنسبة 11.3% بعد 7 أيام من التقارب في التعلم، وأتمتة إضاءة سلسة تعمل عند شروق الشمس وغروبها. يُظهر نموذج تدهور كفاءة الطاقة الشمسية نتائج متسقة فيزيائيًا عبر نطاق كامل من ظروف المناخ الصيفي في العراق، مع انخفاض في الكفاءة يتراوح بين 9% و43% عن القيم الاسمية، وذلك تبعًا لدرجة الحرارة والرطوبة وحالة السحب . يعمل النظام المقترح باستخدام أدوات برمجية محلية على أجهزة استهلاكية قياسية FastAPI, SQLite, APScheduler, Jinja2)) بنظام أتمتة الإضاءة الخارجية المرتبط بأوقات شروق الشمس وغروبها الفلكية بكفاءة تامة.
تاريخ رفع الملفات: 2026-07-03 17:38:24