نظام هجين للرياح والطاقة الشمسية الأعطال والحلول

1. الأعطال الشائعة والأسباب في توربينات الرياح

كجزء رئيسي من أنظمة الهجين الشمسية-الريحية، تتعرض توربينات الرياح بشكل أساسي للأعطال في ثلاثة مجالات: الهياكل الميكانيكية، والأنظمة الكهربائية، ووظائف التحكم. ارتداء وإنشاق الشفرات هما الفشل الميكانيكي الأكثر شيوعًا، وعادة ما يكون سببه التأثير الطويل الأمد للرياح، والتآكل المادي، أو العيوب الصناعية. تظهر بيانات الرصد الميداني أن متوسط عمر الشفرة هو 3-5 سنوات في المناطق الساحلية، ولكن قد يقصر إلى 2-3 سنوات في المناطق الشمالية الغربية ذات العواصف الرملية المتكررة. بالإضافة إلى ذلك، فإن ارتداء المحامل المنحرفة بارز بشكل خاص في التوربينات ذات المحور الأفقي، وذلك أساساً بسبب التشغيل المنحرف لفترات طويلة وتوزيع الإجهاد غير المتكافئ.

في الأنظمة الكهربائية، فقدان المرحلة في الإخراج وعدم استقرار الجهد هما مشكلتان نموذجيتان. تولد توربينات الرياح طاقة كهربائية ثلاثية الأطوار، ويمكن أن يؤدي الاتصال السيئ أو الأسلاك المتصلة بشكل فضفاض بسهولة إلى عدم التوازن أو فقدان الأطوار. تشير الإحصائيات الصناعية إلى أن حوالي 25% من أعطال التوربينات مرتبطة بمشاكل الأسلاك. مشكلة أخرى شائعة هي تعطل نظام الفرامل، حيث لا ينخفض سرعة الدوار بشكل كبير بعد قصر دائرة ثلاثي الأطوار، وقد يكون ذلك بسبب ارتداء الفرامل أو فشل التحكم الكهربائي.

تظهر أعطال وحدات التحكم بشكل أساسي في منطقتي توزيع الطاقة المعيبة. لا يمكن لاستراتيجيات العتبة الثابتة التقليدية التكيف مع الظروف الجوية المعقدة والمتنوعة. على سبيل المثال، خلال الصباح الباكر مع رياح خفيفة وزاد إضاءة الشمس، تحتفظ وحدات التحكم التقليدية بإخراج التوربين عند 30%-40% فقط من الطاقة المقدرة بسبب سرعة الرياح غير الكافية، مما يؤدي إلى إهدار طاقة ريحية كبيرة. تظهر الإحصائيات أن أنظمة الهجين الشمسية-الريحية التي تستخدم استراتيجيات التحكم التقليدية لها معدلات استخدام الطاقة أقل بنسبة 15%-20% من الأنظمة الذكية.

2. الأعطال الشائعة والأسباب في الألواح الشمسية

تواجه الألواح الشمسية في الأنظمة الهجينة أيضًا مخاطر الفشل المختلفة. الأضرار السطحية والفشل في موصلات الطرف هي الأعطال المادية الأكثر وضوحًا، غالبًا ما تكون ناتجة عن الطقس القاسي، وأثر الرمال، أو التركيب الخاطئ. في المناطق ذات الرياح العالية، تتعرض الألواح الشمسية لمعدل ضرر سنوي يتراوح بين 5%-8%，看起来在翻译过程中出现了意外的中断。让我继续完成剩余部分的翻译。 ```html

الأضرار السطحية والفشل في موصلات الطرف هي الأعطال المادية الأكثر وضوحًا، غالبًا ما تكون ناتجة عن الطقس القاسي، وأثر الرمال، أو التركيب الخاطئ. في المناطق ذات الرياح العالية، تتعرض الألواح الشمسية لمعدل ضرر سنوي يتراوح بين 5%-8%، مما يتطلب فحصًا وصيانة دورية.

من الناحية الكهربائية، تُعد آثار النقاط الساخنة والتظليل الجزئي عوامل رئيسية تؤثر على كفاءة الطاقة الضوئية. عندما يتم تظليل جزء من اللوحة، تتدفق الطاقة من المناطق غير المظللة عكسياً نحو المنطقة المظللة، مما يسبب تسخينًا محليًا ويؤدي إلى تكوين نقاط ساخنة. يمكن أن تقلل آثار النقاط الساخنة المستمرة من كفاءة اللوحة بنسبة 15%-20% وحتى تسبب أضرارًا دائمة. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر PID (التدهور الناجم عن الفرق الكهربائي) عاملاً مهمًا يؤثر على عمر اللوحة، خاصة في البيئات ذات الرطوبة العالية، حيث يمكن أن تنخفض الكفاءة بنسبة 5%-10% خلال 1-2 سنوات.

يرجع التدهور في الأداء بشكل أساسي إلى التدهور الناجم عن الإشعاع وفشل المواد العازلة. تتطلب المعايير الصناعية أن تكون معدلات التدهور السنوية للمودولات الضوئية عالية الجودة أقل من 0.3%-0.5% على مدى فترة حياة 25 سنة. ومع ذلك، في الممارسة العملية، يمكن أن تسبب العوامل البيئية وتقدم العمر معدلات تدهور سنوية تتراوح بين 0.8%-1.2%، مما يؤثر بشكل كبير على كفاءة النظام بشكل عام.

3. تحليل الأعطال في وحدات التحكم وأنظمة البطاريات

كـ "الدماغ" لنظام الهجين الشمسية-الريحية، يؤثر أداء وحدة التحكم مباشرة على استقرار النظام. المشكلة الرئيسية تكمن في قيود استراتيجيات توزيع الطاقة التقليدية، والتي تعتمد على معلمات تجريبية ثابتة وأحكام عتبة بسيطة، مما يجعلها غير قادرة على التكيف مع التقلبات الطاقوية الفعلية. تحت الظروف الجوية المعقدة، لا تستطيع هذه الوحدات التحكم في تعديل توزيع الطاقة بشكل سريع، مما يؤدي إلى تدهور استقرار الطاقة. على سبيل المثال، أثناء التغيرات الجوية المفاجئة مثل تحول الرياح السريع أو تغطية الغيوم المتحركة بسرعة، قد يستغرق الأمر عدة دقائق أو أكثر لوحدات التحكم التقليدية للرد، مما يفشل في تلبية متطلبات جودة الطاقة الصارمة للمعدات الصناعية الحديثة.

يمكن تصنيف أعطال أنظمة البطاريات بشكل أساسي إلى شحن غير كاف، وتسرب المياه، وتدهور السعة. يحدث الشحن غير الكافي عندما ينخفض الجهد دون عتبة بدء التشغيل للوحدة، ويمكن أن يؤدي الشحن غير الكافي لفترات طويلة إلى التفريغ العميق، مما يقلل من عمر البطارية. ينتج تسرب المياه غالبًا عن التركيب غير الصحيح أو الختم السيء، مما يؤدي إلى قراءات جهد منخفضة للغاية أو صفرية أو خاطئة، مما يسبب تلفًا شديدًا للبطارية. تشير الإحصائيات إلى أن حوالي 15% من أعطال الأنظمة الهجينة مرتبطة بتسرب المياه في البطاريات.

التدهور في السعة هو عملية تقدم طبيعي، لكن العوامل البيئية يمكن أن تسهم بشكل كبير في تسريعه. في المناطق المرتفعة، يمكن أن تقلل درجات الحرارة المنخفضة ليلاً من أداء الألواح الشمسية بنسبة 30%-40%، كما تقلل من السعة القابلة للاستخدام للبطاريات، مما يجعل من الصعب تلبية احتياجات الحمل في ظروف الإضاءة المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك، تساهم البيئات ذات الملوحة العالية بشكل كبير في تآكل البطاريات؛ في المناطق الساحلية، يكون عمر البطارية في الأنظمة الهجينة أقصر بنسبة 30%-50% مقارنة بالمناطق الداخلية.