מערכת היברידית של רוח-שמש תקלות ופתרונות

1. תקלות נפוצות וסיבותיהן בטורבינות רוח

בתור מרכיב מרכזי במערכות היברידיות של רוח-שמש, הטורבינות הרוח מתמודדות בעיקר עם תקלות בשלושה תחומים: מבנה מכני, מערכות חשמליות ומגבלות שליטה. עייפות והשבר של להבים הם התקלות המכניות הנפוצות ביותר, שצוברים בדרך כלל כתוצאה מפגיעה ממושכת של הרוח, עייפות החומר או פגמים בייצור. נתונים מהשטח מראים כי הממוצע של חיי הלהבים הוא 3-5 שנים באזורים חוף, אך עשוי להתכווץ ל-2-3 שנים באזורים צפון-מערביים בהם יש סופות חול תכופות. בנוסף, שחיקה אקסצנטרית של מסעפיים היא בעיה בולטת במיוחד בטורבינות ציר אופקי, בעיקר עקב פעולה ממושכת מחוץ למרכז ותפוצה לא אחידה של מאמצים.

במערכות חשמליות, אובדן פאזה במוצא ולא יציבות מתח הן שתי בעיות טיפוסיות. טורבינות הרוח יוצרות חשמל חילופין בתלת-פאזתי, וקשרים גרועים או חיבורים רופפים יכולים בקלות להוביל לאיזון לא נכון או להיעדר פאזות. נתוני התעשייה מצביעים על כך שבערך 25% מתקלות הטורבינה קשורות לענייני חיבורים. בעיה נוספת נפוצה היא כשל במערכת הבלימה, שבה מהירות הסיבוב אינה יורדת באופן משמעותי לאחר קצר תלת-פאזי, אולי בשל שחיקה של הבלימה או כשל בקרה חשמלית.

תקלות בשלט מתבטאות בעיקר כלוגיקה מפוקפקת של הפצת אנרגיה. אסטרטגיות סף קבועות מסורתיות אינן יכולות להתאים לתנאי מזג אוויר מורכבים ושינויים. למשל, במהלך הבוקר המוקדם עם רוח קלילה והגברה של אור השמש, הבקרה המסורתית שומרת את מוצא הטורבינה רק בין 30%-40% מהistung המירבית עקב חוסר במהירות הרוח, ומבזבזת אנרגיה רוח משמעותית. הנתונים מראים כי מערכות היברידיות של רוח-שמש המשתמשות באסטרטגיות בקרה מסורתיות מפגינות יעילות ממוצעת של שימוש באנרגיה נמוכה ב-15%-20% בהשוואה למערכות חכמות.

2. תקלות נפוצות וסיבותיהן בלוחות סולאריים

לוחות סולאריים במערכות היברידיות גם מתמודדים עם מגוון סיכונים של כשל. נזק פנים ותקלות בחיבור הגימורים הם התקלות הפיזיות הנראות ביותר, שנגרמות לעיתים קרובות ממזג אוויר קשה, פגיעת חול או התקנה לא נכונה. באזורים עם רוח חזקה, לוחות סולאריים סובלים מממוצע של 5%-8% של נזקים שנתיים, שמחייבים בדיקות ותחזוקה תקופתית.

חשמלית, אפקטים של נקודות חמות וצל חלקית הם גורמים מרכזיים המשפיעים על יעילות הפוטovoltaic. כאשר חלק מהלוח מוצל, האנרגיה מאזורים לא מוצלים זורמת בכיוון ההפוך לאזור המוצל, וגורמת לחום מקומי מוגבר ויוצרת נקודות חמות. אפקטים של נקודות חמות ממושכים יכולים להפחית את יעילות הלוח ב-15%-20% ואף לגרום לנזק קבוע. בנוסף, PID (Potential Induced Degradation) הוא גורם מרכזי המשפיע על משך החיים של הלוח, במיוחד בסביבות ברוטות גבוהה, שם יעילות יכולה לרדת ב-5%-10% תוך 1-2 שנים.

ירידה בפרפורמנס נובעת בעיקר מהתדרדרות הנגרמת על ידי אור ומגבלות בחומרי הכיסוי. תקני התעשייה דורשים ממודולי PV איכותיים להיות בעלי קצב התדרדרות שנתי מתחת ל-0.3%-0.5% לאורך 25 שנות חיים. עם זאת, בפועל, גורמים סביבתיים והזדקנות חומרים יכולים לגרום לקצב התדרדרות שנתי של 0.8%-1.2%, ומשפיעים באופן משמעותי על יעילות המערכת הכוללת.

3. ניתוח תקלות בשלטים ובמערכות סוללות

כ"מוח" של מערכת היברידית של רוח-שמש, הביצועים של השלט משפיעים ישירות על יציבות המערכת. הבעיה העיקרית נמצאת במגבלות האסטרטגיות המסורתיות לפצת אנרגיה, שמתבססות על פרמטרים אמפיריים קבועים ושיפוט פשוט של סף, מה שהופך אותן לא מסוגלות להתאים לשינויים בזמן אמת של אנרגיה. בתנאי מזג אוויר מורכבים, השלטים הללו אינם יכולים להתאים בצורה מדויקת את הפצת האנרגיה, מה שמוביל לייצוב מואט של האנרגיה. למשל, במהלך שינויים פתאומיים במזג האוויר כגון הזזה מהירה של הרוח או כיסוי ענן מהיר, שלטים מסורתיים עשויים לקחת מספר דקות או יותר כדי להגיב, ולא לעמוד בדרישות האיכות המחמירות של הציוד התעשייתי המודרני.

תקלות במערכות סוללות מתמקדות בעיקר בשחרור חסר, חדירת מים וירידה בקיבולת. שחרור חסר מתרחש כאשר המתח יורד מתחת לסף ההפעלה של השלט; שחרור חסר ממושך מוביל לשחרור עמוק, מה שמפחית את חיי הסוללה. חדירת מים היא פעמים רבות כתוצאה מהתקנה לא נכונה או חיטוי גרוע, מה שמוביל לקריאות מתח מאוד נמוכות, אפס או מטעינים שקריים, מה שגורם לנזק חמור לסוללה. הנתונים מראים כי בערך 15% מתקלות במערכות היברידיות קשורות לחידור מים בסוללות.

ירידה בקיבולת היא תהליך זקנה טבעי, אבל גורמים סביבתיים יכולים להאיץ אותו באופן משמעותי. באזורים גבוהים, טמפרטורות נמוכות בלילה יכולות להפחית את ביצועי לוחות הסולאריים ב-30%-40%, ולגרום לירידה בקיבולת השימושית של הסוללה, מה שהופך קשה לעמוד בדרישות העומס בתנאי אור נמוך. בנוסף, סביבות מלחיות מזוהמות את הסוללות בצורה משמעותית; באזורים סמוך לחוף, משך החיים של סוללות במערכות היברידיות הוא בדרך כלל קצר ב-30%-50% מאשר באזורים פנים.