Ze względu na niestabilny charakter samodzielnej generacji energii wiatrowej i słonecznej w niekorzystnych warunkach pogodowych, takich jak bezwietrzne lub deszczowe dni, wykorzystanie jednej z tych technologii w odizolowanych terenach wymaga dużych pojemności urządzeń do przechowywania energii, aby zapewnić ciągłe dostarczanie energii. Efektywna integracja paneli słonecznych, turbin wiatrowych i baterii umożliwia hybrydowym systemom wiatro-słonecznym rozwiązywanie problemu niestabilności pojedynczego źródła generacji i zapewnianie względnie stabilnego zaopatrzenia w energię elektryczną. Ta technologia jest głównie stosowana w następujących dziedzinach w Chinach.
Energia dla zamieszkałych i produkcyjnych celów w odizolowanych obszarach wiejskich
W Chinach mieszka 800 milionów mieszkańców obszarów wiejskich, z których około 5% nadal nie ma dostępu do energii elektrycznej. Te nieelektryfikowane wsie często znajdują się w regionach bogatych w zasoby wiatru i słońca, co czyni hybrydowe systemy wiatro-słoneczne obiecującym rozwiązaniem. Wdrażanie standardowych hybrydowych systemów może przyspieszyć lokalny rozwój gospodarczy i poprawić standard życia. Wykorzystanie obfitych zasobów odnawialnych za pomocą takich systemów oferuje najbardziej odpowiednią i kosztowo efektywną usługę energetyczną dla odległych populacji, promując zrównoważony rozwój.
Obecnie większość odizolowanych od sieci systemów odnawialnych w Chinach dostarcza energii wyłącznie do oświetlenia i potrzeb domowych, wykluczając obciążenia produkcyjne, co podważa ich ekonomiczną trwałość. Osiągnięcie ekonomicznej trwałości wiąże się z złożonymi czynnikami, takimi jak własność systemu, mechanizmy zarządzania, struktury tarifowe, zarządzanie obciążeniami produkcyjnymi oraz źródła, kwoty i kanały dystrybucji dotacji rządowych. Jednak ten model zrównoważony ma głębokie znaczenie dla krajów rozwijających się, takich jak Chiny.
Zastosowania w oświetleniu LED na zewnątrz
Oświetlenie zewnętrzne zużywa około 12% globalnej energii elektrycznej. W kontekście narastającego braku energii i obaw środowiskowych, technologia hybrydowego oświetlenia LED opartego na wiatrze i słońcu zwróciła uwagę na całym świecie. System działa, ładując baterie inteligentnie przez kontrolery, korzystając z uzupełniających się energii słonecznej i wiatrowej. W nocy, światła LED automatycznie włączają się/wyłączają w zależności od poziomu światła otoczenia. Inteligentne kontrolery mają możliwość bezprzewodowej sieci do zdalnego monitorowania, sterowania i pozyskiwania danych (telemetrii, telesterowania i telekomunikacji). Obsługują one również zaawansowane komputerowe zarządzanie, w tym wykrywanie awarii, alarmy antywłamaniowe i sprawdzanie stanu operacyjnego. Typowe zastosowania obejmują:
Oświetlenie drogowe (autostrady, główne drogi, drugorzędne drogi i boczne)
Oświetlenie społeczności (latarnie uliczne, latarnie podwórkowe, latarnie trawnikowe, latarnie zanurzone, lustra ścianowe)
Rozwój projektów obejmuje inteligentne hybrydowe latarnie LED wiatro-słoneczne, systemy oświetlenia społeczności, oświetlenie krajobrazowe i oświetlenie tuneli.
Pomocnicy nawigacyjne morskie
Niektóre pomocniki nawigacyjne w Chinach zaczęły stosować systemy fotowoltaiczne, zwłaszcza latarnie morskie, ale napotykają na trudności w okresach długotrwałych niekorzystnych warunków pogodowych, gdy generacja energii słonecznej jest niewystarczająca, prowadząc do przeładowania baterii i awarii lamp, co wpływa na wydajność baterii.
Niekorzystne warunki pogodowe często są związane z silnymi wiatrami—gdy energia słoneczna jest niska, energia wiatrowa jest zwykle obfita. Dlatego system hybrydowy z dominacją wiatru i wspomagany przez słońce może zastąpić tradycyjne systemy oparte tylko na słońcu. Systemy hybrydowe są przyjazne dla środowiska, wolne od zanieczyszczeń, łatwe w utrzymaniu i instalacji, spełniając wymagania energetyczne pomocników nawigacyjnych. System działa na energii słonecznej w sprzyjających warunkach wiosennych/lato, aktywując hybrydową generację wiatro-słoneczną w okresie zimowym, wiosennym lub podczas długotrwałych opadów, gdy wejście słoneczne jest niewystarczające.
Zasilanie sprzętu monitorującego autostrad
Kamery monitorujące autostrady zazwyczaj działają 24/7. Choć zużycie energii przez pojedyncze urządzenia jest niewielkie, ogromna liczba tych urządzeń powoduje znaczne zużycie energii. Tradycyjne zasilanie z sieci nie jest efektywne energetycznie. Ponadto częste kradzieże kabli energetycznych prowadzą do wysokich strat i wzrostu kosztów utrzymania.
Biorąc pod uwagę szeroko rozproszone i liniowe rozłożenie punktów monitorowania, połączenie z siecią jest trudne i kosztowne. Mimo że fotowoltaika słoneczna jest kosztowna, energia wiatrowa jest stosunkowo tańsza. Komplementarna natura wiatru i słońca czyni systemy hybrydowe wyjątkowo korzystnymi dla rozproszonych, odizolowanych od sieci zastosowań, takich jak monitorowanie autostrad. Używanie systemów hybrydowych eliminuje konieczność kablowania, zmniejszając ryzyko kradzieży. W przypadku ekstremalnej pogody—długi deszcz z niskim nasłonecznieniem i niewystarczającym wiatrem—istniejące linie sieciowe mogą automatycznie ładować baterie, aby zapewnić nieprzerwane działanie. Ponieważ każdy punkt monitorowania działa niezależnie, awaria w jednym miejscu nie wpływa na inne.
Stacje bazowe telekomunikacyjne
Wiele wysp i górskich regionów znajduje się daleko od sieci, ale wymaga infrastruktury komunikacyjnej do celów turystycznych, rybackich i morskich. Te stacje bazowe mają umiarkowane wymagania energetyczne. Rozszerzenie sieci jest zbyt kosztowne, podczas gdy generatory diesla wiążą się z wysokimi kosztami transportu paliwa, niską niezawodnością i trudnościami w utrzymaniu.
Niezawodne, długoterminowe rozwiązanie energetyczne musi polegać na lokalnych zasobach naturalnych. Energia słoneczna i wiatrowa jest obfita i bardzo komplementarna w czasie i przestrzeni na wyspach. Systemy hybrydowe wiatro-słoneczne oferują niezawodne i ekonomiczne rozwiązanie energetyczne off-grid dla stacji bazowych. Z personel servisowy na miejscu, generatory diesla mogą być uwzględnione jako rezerwa, obniżając wymagane pojemności tablic słonecznych i turbin wiatrowych, obniżając całkowity koszt systemu i poprawiając niezawodność.
Elektrownie pompowe wodne
Hybrydowe elektrownie pompowe wodne używają bezpośrednio energii wiatrowej i słonecznej do napędzania pomp wodnych do przechowywania energii, omijając baterie. Przechowywana woda jest następnie wykorzystywana do stabilnej generacji energii elektrycznej. Ten podejście integruje konwencjonalną energię wodną z wiatrem i słońcem, wykorzystując ich komplementarne rozłożenie w czasie i przestrzeni. Jest to odpowiednie dla odległych regionów poza zasięgiem sieci i wspiera ochronę ekologiczną w rozwoju energetycznym. Kluczowe wymagania obejmują:
Oszczędzanie energii w procesie konwersji
Bilans wodny w systemie pompowania z autonomicznym cyklem
Mimo że nieco droższy niż konwencjonalna energia wodna, ten system rozwiązuje problem sezonowego braku działania małych elektrowni wodnych zimą. Dlatego hybrydowe elektrownie pompowe wodne oferują unikalne techniczne i ekonomiczne zalety i mogą stanowić realistyczne rozwiązanie energetyczne dla odpowiednich lokalizacji.