Hybridní systém větrná-slněčná chyby a řešení

1. Běžné poruchy a jejich příčiny u větrných turbín

Jako klíčová součást hybridních systémů větrná-slněčná energie, větrné turbíny zaznamenávají nejčastěji poruchy v třech oblastech: mechanické struktuře, elektrických systémech a funkcích řízení. Opotřebení a praskání lopatek jsou nejčastějšími mechanickými selháními, která jsou typicky způsobena dlouhodobým vlivem větru, materiálním únavovým poškozením nebo výrobními vadami. Data z místního monitorování ukazují, že průměrná životnost lopatek je 3–5 let v pobřežních oblastech, ale může se zkrátit na 2–3 roky v severozápadních oblastech s častými písečnými bouřemi. Kromě toho je excentrické opotřebení ložisek zejména výrazné u větrných turbín s vodorovnou osou, hlavně kvůli dlouhodobému provozu mimo střed a nerovnoměrnému rozdělení namáhání.

V elektrických systémech jsou ztráta fázového výstupu a nestabilita napětí dvě typické problémy. Větrné turbíny generují třífázový střídavý proud, a špatné spojení nebo volné dráty snadno vedou k nerovnováze nebo chybějící fázi. Průmyslové statistiky naznačují, že asi 25 % selhání turbín je spojeno s problémy s dráty. Dalším běžným problémem je selhání brzdového systému, kdy rychlost rotoru se po třífázovém krátkém zapojení nedostatečně sníží, což může být způsobeno opotřebením brzdy nebo selháním elektrického řízení.

Poruchy řadiče se především projevují jako vadné logika distribuce energie. Tradiční strategie s pevnými prahy nemohou přizpůsobit se složitým a měnícím se povětrnostním podmínkám. Například za rána s lehkým větrem a rostoucím slunečním svitem tradiční řízení udržuje výkon turbíny pouze na 30%–40% nominálního výkonu kvůli nedostatku větru, což znamená ztrátu významného množství větrné energie. Statistiky ukazují, že hybridní systémy s tradičními řídicími strategiemi mají o 15%–20% nižší průměrnou míru využití energie než inteligentní systémy.

2. Běžné poruchy a jejich příčiny u solárních panelů

Solární panely v hybridních systémech také čelí různým rizikům selhání. Povrchové poškození a selhání konektorů terminálů jsou nejviditelnějšími fyzickými poruchami, které jsou často způsobeny krutým počasím, dopadem písku nebo nesprávnou instalací. V oblastech s vysokým větrem trpí solární panely průměrnou roční frekvencí poškození 5%–8%, což vyžaduje pravidelnou inspekci a údržbu.

Elektricky horkospotový efekt a částečné stínění jsou klíčovými faktory ovlivňující fotovoltaickou efektivitu. Když je část panelu stíněna, energie z nezastíněných oblastí protéká do stíněné oblasti, což způsobuje lokální přehřátí a vytváří horké skvrny. Dlouhodobé horkospotové efekty mohou snížit efektivitu panelu o 15%–20% a dokonce způsobit trvalé poškození. Kromě toho je PID (Potential Induced Degradation) významným faktorem ovlivňujícím životnost panelu, zejména v prostředí s vysokou vlhkostí, kde efektivita může klesnout o 5%–10% během 1–2 let.

Degradace výkonu je především způsobena degradací způsobenou světlem a selháním obalového materiálu. Průmyslové normy požadují, aby vysokokvalitní fotovoltaické moduly měly roční míru degradace nižší než 0,3%–0,5% během 25leté životnosti. V praxi však mohou environmentální faktory a stárnutí materiálů způsobit roční míru degradace 0,8%–1,2%, což významně ovlivňuje celkovou efektivitu systému.

3. Analýza poruch řadičů a bateriových systémů

Jako „mozek“ hybridního systému větrná-slněčná energie má výkon řadiče přímý vliv na stabilitu systému. Hlavní problém spočívá v omezeních tradičních strategií distribuce energie, které spoléhají na pevné empirické parametry a jednoduché prahové hodnocení, což jim nedovoluje přizpůsobit se reálným fluktuacím energie. Za složitých povětrnostních podmínek tyto řadiče nemohou rychle upravit alokaci energie, což vede ke zhoršení stability energie. Například při náhlých změnách počasí, jako jsou rychlé změny větru nebo rychle se pohybující mraky, mohou tradiční řadiče trvat několik minut nebo déle, než odpoví, a nedokáží splnit přísné požadavky moderního průmyslového zařízení na kvalitu energie.

Poruchy bateriových systémů se dělí především na nedostačející nabíjení, proniknutí vody a degradaci kapacity. Nedostačející nabíjení nastává, když napětí klesne pod startovací prah řadiče; dlouhodobé nedostačející nabíjení vede k hlubokému vybíjení, což zkracuje životnost baterie. Proniknutí vody je často způsobeno nesprávnou instalací nebo špatnou uzavřeností, což vede k extrémně nízkým, nulovým nebo falešným čtením napětí, což způsobuje vážné poškození baterie. Statistiky ukazují, že asi 15 % selhání hybridních systémů je spojeno s proniknutím vody do baterie.

Degradace kapacity je přirozeným procesem stárnutí, ale environmentální faktory mohou tento proces významně zrychlit. V pohoří mohou nízké noční teploty snížit výkon solárních panelů o 30%–40%, zatímco také snižují použitelnou kapacitu baterie, což komplikuje splnění nároků na spotřebu za nízkého osvětlení. Kromě toho vysokosolné prostředí významně koroze baterie; v pobřežních oblastech je životnost baterie v hybridních systémech obvykle 30%–50% kratší než v vnitrozemských oblastech.