Szélerő-Szólerő Híbride Rendszer Hibái és Megoldásai

1. Gyakori hibák és okai a szélerőművekben

A szélerőműk, mint a szél-napelemes hibrid rendszerek egyik kulcsfontosságú összetevője, főleg három területen tapasztalható hibákat: mechanikai szerkezet, elektromos rendszer és irányítási funkció. A lemez súlyosodása és törése a leggyakoribb mechanikai hiba, amely általában a hosszú távú széles hatásának, az anyagkifáradásnak vagy a gyártási hibáknak köszönhető. A mezői monitorozási adatok szerint a lemezek átlagos élettartama partvidéken 3–5 év, de a gyakran előforduló homokviharokkal jellemezhető keletkező régiókban rövidíthető 2–3 évig. Ezenkívül a vízszintes tengelyű szélerőművek esetén különösen jelentős a kiegyensúlyozott csapágy súrlódása, főleg a hosszú ideig tartó kiegyensúlyozatlan működés és a nem egyenletes stresszelosztás miatt.

Az elektromos rendszerekben a kimeneti fázis elvesztése és a feszültséginstabilitás két tipikus probléma. A szélerőművek háromfázisú váltóáramot termelnek, és a rossz kapcsolatok vagy a lágyan rögzített vezetékek könnyen elérhetetlen vagy hiányzó fázisokhoz vezethetnek. Az ipari statisztikák szerint a szélerőmű-hibák körülbelül 25%-a a vezeték-problémákkal kapcsolatos. Egy másik gyakori probléma a fékezőrendszer hibája, amikor a forgójárás sebessége nem csökken jelentősen háromfázisú rövidzárlat után, ami a fékek kifáradásának vagy az elektronikus irányítási hibáknak lehet köszönhető.

Az irányítóegység hibái főleg a hibás energiaelosztási logikában nyilvánulnak meg. A hagyományos rögzített küszöbérték-stratégiák nem alkalmazkodnak a komplex és változó időjárási feltételekhez. Például reggelkor enyhe széllélke és növekvő napfény mellett a hagyományos irányítás csak 30%–40%-on tartja a szélerőmű kimenetét a rated power-hez képest, mivel a széllélke nem elegendő, ami jelentős szélerőforrás pazarlását eredményezi. A statisztikák szerint a hagyományos irányítási stratégiát használó szél-napelemes hibrid rendszerek átlagos energiaszolgáltatási aránya 15%–20%-kal alacsonyabb, mint az intelligens rendszereké.

2. Gyakori hibák és okai a napelemeiben

A hibrid rendszerekben használt napelempanelök is számos meghibásodási kockázattal szembesülnek. A felületi károsodás és a végződések hibái a legláthatóbb fizikai hibák, amelyek gyakran kemény időjárás, homokhatás vagy helytelen telepítés következtében fordulnak elő. A nagy széllélke jellemző területeken a napelempanelök átlagos éves károsodási aránya 5%–8%, ami rendszeres ellenőrzést és karbantartást tesz szükségessé.

Elektromosan a forró pont effektus és a részleges árnyékolás a fotovoltaikus hatékonyság fő befolyásoló tényezői. Amikor egy panel része árnyékolva van, a nem árnyékoltnak tartozó területekről a térkép ellentétes irányba folyik be az árnyékoltnak tartozó területbe, ami helyi túlmelegedést és forró pontok kialakulását eredményezi. A hosszú távú forró pont effektus a panel hatékonyságát 15%–20%-kal csökkentheti, sőt, állandó károsodást is okozhat. Ezenkívül a PID (Potential Induced Degradation) jelentősen befolyásolja a panel élettartamát, különösen a magas páratartalommal jellemző környezetekben, ahol a hatékonyság 1–2 év alatt 5%–10%-kal csökkenhet.

A teljesítmény romlása főleg a fényindukált károsodás és a becspackozó anyagok hibájának következtében fordul elő. Az ipari normák szerint a magas minőségű fotovoltaikus moduloknak 25 éven át 0.3%–0.5% alatti éves károsodási arányuk kell lennie. A gyakorlatban azonban a környezeti tényezők és az anyagok öregedése miatt az éves károsodási arány 0.8%–1.2% közötti lehet, ami jelentősen befolyásolja a rendszer teljes hatékonyságát.

3. Hibaelemzés az irányítóegységek és akkumulátorrendszerek esetében

A szél-napelemes hibrid rendszer "agyaként" az irányítóegység teljesítménye közvetlenül befolyásolja a rendszer stabilitását. A fő probléma a hagyományos energiaelosztási stratégiák korlátai, amelyek rögzített tapasztalati paraméterekre és egyszerű küszöbérték-értékelésre támaszkodnak, így nem tudnak alkalmazkodni valós idejű energiafluktuációkhoz. Összetett időjárási feltételek mellett ezek az irányítóegységek nem tudják időben módosítani az energiaelosztást, ami rombolja a hatékonyságot. Például a hirtelen változó időjárási feltételek, például a gyors szélváltás vagy gyorsan haladó felhők esetén a hagyományos irányítóegységek több percig vagy annál tovább tarthatnak reagálni, ami nem felel meg a modern ipari berendezések szigorú energia-minőségi követelményeinek.

Az akkumulátorrendszer hibái főleg alulbetöltés, vízbeáramlás és kapacitás romlása formájában jelennek meg. Az alulbetöltés akkor lép fel, ha a feszültség aláesik az irányítóegység indítási küszöbének; a hosszú ideig tartó alulbetöltés mély betöltést eredményez, ami rövidíti az akkumulátor élettartamát. A vízbeáramlás gyakran a helytelen telepítés vagy a rossz záródás következtében fordul elő, ami extrém alacsony, nulla vagy hamis feszültség-értékeket eredményez, ami súlyos akkumulátor károsodást okoz. A statisztikák szerint körülbelül 15%-a a hibrid rendszer hibáinak az akkumulátor vízbeáramlásával kapcsolatos.

A kapacitás romlása természetes öregedési folyamat, de a környezeti tényezők jelentősen gyorsíthatják. A magas földrajzon az éjszakai alacsony hőmérséklet 30%–40%-kal csökkentheti a napelempanel hatékonyságát, miközben a használható akkumulátor kapacitást is csökkenti, ami nehézzé teszi a terhelés kielégítését alacsony fényfeltétel mellett. Továbbá a magas sótartalmú környezet jelentősen korrodálja az akkumulátort; a partvidéken a hibrid rendszerben használt akkumulátor élettartama általában 30%–50%-kal rövidebb, mint a belső régiókban.