سیستم ترکیبی باد-آفتاب نقصانها و راهحلها
1. نقصها و علل رایج در توربینهای بادی
به عنوان یک جزء کلیدی سیستمهای هیبریدی باد-آفتاب، توربینهای بادی عموماً در سه حوزه دچار نقص میشوند: ساختار مکانیکی، سیستمهای الکتریکی و عملکرد کنترل. خوردگی و شکست پرهها مشکلات مکانیکی رایجترین هستند که معمولاً به دلیل تأثیر طولانی مدت باد، خستگی مواد یا خطاهای تولید ایجاد میشوند. دادههای نظارتی میدانی نشان میدهند که میانگین طول عمر پرهها در مناطق ساحلی 3 تا 5 سال است، اما در مناطق شمال غربی با طوفانهای شنی مکرر ممکن است به 2 تا 3 سال کاهش یابد. علاوه بر این، خوردگی محور مرکزی به ویژه در توربینهای محور افقی برجسته است که عمدتاً به دلیل عملکرد طولانی مدت دور از مرکز و توزیع نامتعادل فشار ایجاد میشود.
در سیستمهای الکتریکی، از دست دادن فاز خروجی و ناپایداری ولتاژ دو مسئله نمونهای هستند. توربینهای بادی انرژی AC سهفاز تولید میکنند و اتصالات ضعیف یا سیمبندی آزاد میتواند به راحتی منجر به عدم تعادل یا فقدان فاز شود. آمار صنعت نشان میدهد که حدود 25٪ از خرابیهای توربین به مشکلات سیمبندی مرتبط است. یک مشکل دیگر رایج نقص سیستم ترمز است که سرعت روتور پس از کوتاه شدن سهفاز به طور قابل توجهی کاهش نمییابد که ممکن است به دلیل خوردگی ترمز یا خرابی کنترل الکتریکی باشد.
نقصهای کنترلر عمدتاً به صورت منطق توزیع ناقص قدرت ظاهر میشوند. استراتژیهای آستانه ثابت سنتی نمیتوانند به شرایط آب و هوایی پیچیده و متغیر تطبیق یابند. به عنوان مثال، در صبحهای با باد کم و روشنایی افزایش یافته، کنترل سنتی خروجی توربین را فقط در 30٪-40٪ قدرت اسمی نگه میدارد به دلیل نداشتن سرعت باد کافی، که منجر به تلف شدن انرژی باد قابل توجهی میشود. آمار نشان میدهد که سیستمهای هیبریدی باد-آفتاب با استفاده از استراتژیهای کنترل سنتی نرخ میانگین استفاده از انرژی 15٪-20٪ کمتر از سیستمهای هوشمند دارند.
2. نقصها و علل رایج در پانلهای خورشیدی
پانلهای خورشیدی در سیستمهای هیبریدی نیز با خطرات مختلف خرابی مواجه هستند. خسارت سطحی و خرابی اتصالات ترمینال مشکلات فیزیکی بارز هستند که معمولاً به دلیل آب و هوای سخت، تأثیر شن یا نصب ناصحیح ایجاد میشوند. در مناطق با باد بالا، پانلهای خورشیدی میزان خسارت سالانه میانگین 5٪-8٪ دارند که نیازمند بازرسی و نگهداری منظم هستند.
الکتریکی، اثرات نقطه گرم و سایهگیری جزئی عوامل کلیدی مؤثر بر کارایی فتوولتائیک هستند. زمانی که بخشی از یک پانل در سایه قرار میگیرد، انرژی از بخشهای بدون سایه به بخش سایهدار جریان مییابد، که منجر به گرم شدن محلی و تشکیل نقاط گرم میشود. اثرات طولانی مدت نقطه گرم میتواند کارایی پانل را 15٪-20٪ کاهش دهد و حتی خسارت دائمی ایجاد کند. علاوه بر این، PID (تخریب ناشی از پتانسیل) عامل مهمی در طول عمر پانل است، به ویژه در محیطهای رطوبت بالا، که کارایی میتواند در 1-2 سال 5٪-10٪ کاهش یابد.
کاهش عملکرد عمدتاً به دلیل تخریب ناشی از نور و خرابی مواد پوششی است. استانداردهای صنعتی نیاز به داشتن نرخ تخریب سالانه کمتر از 0.3٪-0.5٪ برای ماژولهای PV با کیفیت بالا در طول عمر 25 سال را تعریف میکنند. اما در عمل، عوامل محیطی و پیری مواد میتوانند نرخ تخریب سالانه 0.8٪-1.2٪ ایجاد کنند که تأثیر قابل توجهی بر کارایی کلی سیستم دارد.
3. تحلیل نقصهای کنترلرها و سیستمهای باتری
به عنوان "مخ" سیستم هیبریدی باد-آفتاب، عملکرد کنترلر مستقیماً بر پایداری سیستم تأثیر میگذارد. مشکل اصلی در محدودیتهای استراتژیهای توزیع قدرت سنتی وجود دارد که بر پارامترهای تجربی ثابت و قضاوتهای آستانه ساده تکیه میکنند و نمیتوانند به نوسانات انرژی زنده تطبیق یابند. در شرایط آب و هوایی پیچیده، این کنترلرها نمیتوانند تخصیص قدرت را به موقع تنظیم کنند که منجر به تضعیف پایداری قدرت میشود. به عنوان مثال، در تغییرات آب و هوایی ناگهانی مانند تغییرات سریع باد یا پوشش ابری سریع، کنترلرها سنتی ممکن است چند دقیقه یا بیشتر وقت برای واکنش بگیرند و نتوانند نیازهای سختگیرانه کیفیت قدرت تجهیزات صنعتی مدرن را برآورده کنند.
نقصهای سیستم باتری عمدتاً به سه دسته کمشارژ، ورود آب و کاهش ظرفیت تقسیم میشوند. کمشارژ زمانی اتفاق میافتد که ولتاژ زیر آستانه شروع کنترلر برسد؛ کمشارژ طولانی مدت منجر به دیسشارژ عمیق میشود که عمر باتری را کاهش میدهد. ورود آب معمولاً به دلیل نصب ناصحیح یا پوشش ضعیف رخ میدهد که منجر به خواندن ولتاژ بسیار کم، صفر یا نادرست میشود و خسارت شدید به باتری وارد میکند. آمار نشان میدهد که حدود 15٪ از خرابیهای سیستمهای هیبریدی به دلیل ورود آب به باتری مرتبط است.
کاهش ظرفیت یک فرآیند پیری طبیعی است، اما عوامل محیطی میتوانند آن را به طور قابل توجهی تسریع کنند. در مناطق بلندی، دمای پایین شب میتواند کارایی پانلهای خورشیدی را 30٪-40٪ کاهش دهد و همچنین ظرفیت قابل استفاده باتری را کاهش دهد که در شرایط کمنوری دشوار است تا نیازهای بار را برآورده کند. علاوه بر این، محیطهای با شوری بالا به طور قابل توجهی باتریها را خورد میکنند؛ در مناطق ساحلی، طول عمر باتری در سیستمهای هیبریدی معمولاً 30٪-50٪ کمتر از مناطق داخلی است.
