Sistem Hibrid Angin-Solar Kerosakan & Penyelesaian

1. Kerosakan Umum dan Penyebab pada Turbin Angin

Sebagai komponen utama sistem hibrid angin-surya, turbin angin terutamanya mengalami kerosakan dalam tiga area: struktur mekanikal, sistem elektrik, dan fungsi kawalan. Pemakaian dan patah bilah adalah kerosakan mekanikal yang paling umum, biasanya disebabkan oleh impak angin jangka panjang, keletihan bahan, atau cacat pengeluaran. Data pemantauan lapangan menunjukkan bahwa umur rata-rata bilah adalah 3-5 tahun di kawasan pesisir, tetapi mungkin berkurang menjadi 2-3 tahun di kawasan barat laut dengan badai pasir yang sering. Selain itu, pemakaian bearing eksentrik sangat menonjol pada turbin sumbu horizontal, terutamanya disebabkan operasi off-center yang lama dan distribusi tekanan yang tidak merata.

Dalam sistem elektrik, hilang fasa output dan ketidakstabilan voltan adalah dua isu yang paling umum. Turbin angin menghasilkan tenaga AC tiga fasa, dan sambungan yang buruk atau kabel yang longgar dapat dengan mudah menyebabkan fasa yang tidak seimbang atau hilang. Statistik industri menunjukkan bahwa sekitar 25% kerosakan turbin berkaitan dengan masalah kabel. Masalah lain yang umum adalah kerusakan sistem brek, di mana laju rotor gagal menurun secara signifikan setelah pendek tiga fasa, mungkin disebabkan oleh pemakaian brek atau kegagalan kawalan elektrik.

Kerosakan pengawal terutamanya muncul sebagai logik pengedaran tenaga yang bermasalah. Strategi ambang batas tetap tradisional tidak dapat menyesuaikan diri dengan kondisi cuaca yang kompleks dan berubah-ubah. Sebagai contoh, pada pagi hari dengan angin ringan dan cahaya matahari yang meningkat, kawalan tradisional hanya mempertahankan output turbin pada 30%-40% dari daya nominal karena kecepatan angin yang tidak mencukupi, sehingga banyak energi angin terbuang. Statistik menunjukkan bahwa sistem hibrid angin-surya yang menggunakan strategi kawalan tradisional memiliki kadar pemanfaatan energi rata-rata 15%-20% lebih rendah daripada sistem cerdas.

2. Kerosakan Umum dan Penyebab pada Panel Surya

Panel surya dalam sistem hibrid juga menghadapi berbagai risiko kerosakan. Kerusakan permukaan dan kegagalan sambungan terminal adalah kerosakan fisik yang paling terlihat, sering disebabkan oleh cuaca ekstrem, dampak pasir, atau pemasangan yang tidak tepat. Di kawasan berangin tinggi, panel surya mengalami kadar kerusakan tahunan rata-rata 5%-8%, memerlukan pemeriksaan dan pemeliharaan rutin.

Secara elektrik, efek titik panas dan penyebaran bayangan sebahagian adalah faktor utama yang mempengaruhi efisiensi fotovoltaik. Ketika sebahagian panel tertutup, energi dari area yang tidak tertutup mengalir terbalik ke area yang tertutup, menyebabkan pemanasan lokal dan membentuk titik panas. Efek titik panas yang berkepanjangan dapat mengurangi efisiensi panel sebanyak 15%-20% dan bahkan menyebabkan kerusakan permanen. Selain itu, PID (Potential Induced Degradation) adalah faktor penting yang mempengaruhi umur panel, terutamanya di lingkungan lembab tinggi, di mana efisiensi dapat turun sebanyak 5%-10% dalam 1-2 tahun.

Penurunan prestasi terutamanya disebabkan oleh degradasi akibat cahaya dan kegagalan bahan pengepakan. Standar industri mensyaratkan modul PV berkualitas tinggi untuk memiliki kadar degradasi tahunan di bawah 0.3%-0.5% selama masa hidup 25 tahun. Namun, dalam praktiknya, faktor lingkungan dan penuaan bahan dapat menyebabkan kadar degradasi tahunan sebesar 0.8%-1.2%, sangat mempengaruhi efisiensi sistem secara keseluruhan.

3. Analisis Kerosakan Pengawal dan Sistem Bateri

Sebagai "otak" sistem hibrid angin-surya, prestasi pengawal secara langsung mempengaruhi stabilitas sistem. Masalah utama terletak pada keterbatasan strategi distribusi tenaga tradisional, yang bergantung pada parameter empiris tetap dan penilaian ambang batas sederhana, membuat mereka tidak dapat menyesuaikan diri dengan fluktuasi energi real-time. Dalam kondisi cuaca yang kompleks, pengawal ini tidak dapat menyesuaikan alokasi tenaga dengan cepat, menyebabkan penurunan stabilitas tenaga. Misalnya, selama perubahan cuaca mendadak seperti pergeseran angin cepat atau tutupan awan yang bergerak cepat, pengawal tradisional mungkin membutuhkan beberapa menit atau lebih untuk merespons, gagal memenuhi persyaratan kualitas tenaga yang ketat dari peralatan industri modern.

Kerosakan sistem bateri terutamanya dikategorikan menjadi undercharging, intrusi air, dan degradasi kapasitas. Undercharging terjadi ketika voltan turun di bawah ambang batas startup pengawal; undercharging yang berkepanjangan menyebabkan deep discharge, memperpendek umur bateri. Intrusi air sering disebabkan oleh pemasangan yang tidak tepat atau penyegelan yang buruk, menghasilkan pembacaan voltan yang sangat rendah, nol, atau palsu, menyebabkan kerusakan bateri yang parah. Statistik menunjukkan bahwa sekitar 15% kegagalan sistem hibrid berkaitan dengan intrusi air pada bateri.

Degradasi kapasitas adalah proses penuaan alami, tetapi faktor lingkungan dapat sangat mempercepatnya. Di kawasan dataran tinggi, suhu malam yang rendah dapat mengurangi prestasi panel surya sebanyak 30%-40%, serta mengurangi kapasitas bateri yang dapat digunakan, membuat sulit untuk memenuhi permintaan beban dalam kondisi cahaya rendah. Selain itu, lingkungan salinitas tinggi sangat merosotkan bateri; di kawasan pesisir, umur bateri dalam sistem hibrid biasanya 30%-50% lebih pendek daripada di kawasan pedalaman.