Sistema híbrid d'eòlic i solar: errors i solucions

1. Avaries i causes habituals en aerogeneradors

Com a component clau dels sistemes híbrids eòlics-solars, els aerogeneradors experimenten principalment avaries en tres àrees: estructura mecànica, sistemes elèctrics i funcions de control. L'ús i la fractura de les pale es troben entre les avaries mecàniques més comunes, causades típicament per l'impacte del vent a llarg termini, la fadiga del material o defectes de fabricació. Les dades de monitorització al camp mostren que la vida útil mitjana de les pales és de 3-5 anys en regions costaneres, però pot reduir-se a 2-3 anys en regions del nord-oest amb tempestes de sorra freqüents. A més, l'ús excèntric del rodamunt és especialment prominent en els aerogeneradors d'eix horitzontal, principalment degut a l'operació prolongada fora del centre i a la distribució desigual de tensions.

En els sistemes elèctrics, la pèrdua de fase en la sortida i la inestabilitat de tensió són dos problemes típics. Els aerogeneradors generen energia elèctrica de corrent alternada tri-fàsica, i les connexions defectuoses o els cables suaus poden conduir fàcilment a fases desequilibrades o absents. Les estadístiques de l'indústria indiquen que aproximadament un 25% de les avaries dels aerogeneradors estan relacionades amb problemes de cablació. Un altre problema comú és la fallada del sistema de frenat, on la velocitat del rotor no disminueix significativament després d'un curt circuit tri-fàsic, possiblement degut a l'ús del fren o a una fallada del control elèctric.

Les avaries del controlador es manifesten principalment com una lògica de distribució de potència defectuosa. Les estratègies tradicionals basades en llindars fixos no poden adaptar-se a les condicions meteorològiques complexes i canviants. Per exemple, durant les primeres hores de la matinada amb vents lleus i increment de llum solar, el control tradicional manté la sortida de l'aerogenerador només al 30%-40% de la potència nominal degut a la insuficiència de la velocitat del vent, desperdiciant una quantitat significativa d'energia eòlica. Les estadístiques mostren que els sistemes híbrids eòlics-solars que utilitzen estratègies de control tradicionals tenen una taxa d'ús d'energia mitjana un 15%-20% inferior a la de sistemes intel·ligents.

2. Avaries i causes habituals en panells solars

Els panells solars en sistemes híbrids també s'enfronten a diversos riscos d'avaria. Els danys superficials i les fallades dels connectors terminals són les avaries físiques més visibles, sovint causades per condicions meteorològiques severes, impacte de sorra o instal·lació inadequada. En zones de vents forts, els panells solars tenen una taxa mitjana anual de danys del 5%-8%, requerint inspeccions i manteniment regulars.

Elèctricament, els efectes de punts calents i l'ombra parcial són factors clau que afecten l'eficiència fotovoltaica. Quan part d'un panell està ombrat, l'energia de les zones sense ombra flueix inversament cap a la zona ombrada, causant sobrecalentaments localitzats i formant punts calents. Els efectes prolongats dels punts calents poden reduir l'eficiència del panell en un 15%-20% i fins i tot causar danys permanents. A més, la PID (Degradació Induïda per Potencial) és un factor significatiu que afecta la vida útil dels panells, especialment en entorns d'alta humitat, on l'eficiència pot disminuir un 5%-10% en 1-2 anys.

La degradació del rendiment es deu principalment a la degradació induïda per la llum i la fallada del material d'encapsulació. Les normes de l'indústria requereixen que els mòduls fotovoltaics de alta qualitat tinguin una taxa anual de degradació inferior al 0,3%-0,5% durant una vida útil de 25 anys. No obstant això, en la pràctica, els factors ambientals i l'envelheciment dels materials poden causar taques anuals de degradació del 0,8%-1,2%, impactant significativament l'eficiència general del sistema.

3. Anàlisi d'avaries dels controladors i sistemes de bateries

Com el "cervell" del sistema híbrid eòlic-solar, el rendiment del controlador afecta directament la stabilitat del sistema. El problema principal resideix en les limitacions de les estratègies de distribució de potència tradicionals, que es basen en paràmetres empírics fixos i judgments de llindar simples, fent-les incapaces d'adaptar-se a les fluctuacions energètiques en temps real. Sota condicions meteorològiques complexes, aquests controladors no poden ajustar la distribució de la potència de manera oportuna, provocant una estabilitat de la potència deteriorada. Per exemple, durant canvis meteorològics sencers com shifts de vent ràpids o cobertura de núvols en moviment ràpid, els controladors tradicionals poden trigar diversos minuts o més a respondre, no complint els requisits estrictes de qualitat de l'energia de l'equipament industrial modern.

Les avaries del sistema de bateries es categoritzen principalment en subcarrega, ingressió d'aigua i degradació de capacitat. La subcarrega ocorre quan la tensió cau per davall del llindar d'inici del controlador; la subcarrega prolongada porta a descàrregues profundes, reductant la vida útil de la bateria. L'ingressió d'aigua sovint és deguda a l'instal·lació incorrecta o a la sella deficiente, resultant en lectures de tensió extremadament baixes, zero o falses, causant daños greus a la bateria. Les estadístiques mostren que aproximadament un 15% de les avaries dels sistemes híbrids estan relacionades amb l'ingressió d'aigua a les bateries.

La degradació de la capacitat és un procés natural d'envelheciment, però els factors ambientals poden accelerar-lo significativament. En regions d'altiplà, les temperatures baixes nocturnes poden reduir el rendiment dels panells solars en un 30%-40%, mentre també rebaixen la capacitat utilitzable de les bateries, dificultant la satisfacció de les demandes de càrrega en condicions de poca llum. A més, els entorns d'alta salinitat corroïnen significativament les bateries; en zones costaneres, la vida útil de les bateries en sistemes híbrids és normalment un 30%-50% més curta que en regions interiors.