Гибридная ветро-солнечная система: неисправности и решения

1. Общие неисправности и причины в ветрогенераторах

Как ключевой компонент гибридных систем ветро-солнечной энергии, ветрогенераторы в основном испытывают неисправности в трех областях: механической структуре, электрических системах и функциях управления. Износ и разрыв лопастей являются наиболее распространенными механическими неисправностями, обычно вызванными долгосрочным воздействием ветра, усталостью материала или дефектами производства. Данные полевого мониторинга показывают, что средний срок службы лопастей составляет 3–5 лет в прибрежных районах, но может сократиться до 2–3 лет в северо-западных районах с частыми песчаными бурями. Кроме того, износ эксцентричного подшипника особенно заметен в горизонтально-осевых турбинах, главным образом из-за длительной работы вне центра и неравномерного распределения нагрузки.

В электрических системах потеря фазы на выходе и нестабильность напряжения являются двумя типичными проблемами. Ветрогенераторы производят трехфазный переменный ток, и плохие соединения или ослабленные провода могут легко привести к несбалансированным или отсутствующим фазам. Статистика отрасли указывает, что около 25% отказов турбин связаны с проблемами проводки. Другая распространенная проблема — неисправность системы торможения, когда скорость ротора после короткого замыкания трех фаз не снижается значительно, возможно, из-за износа тормозов или неисправности электрического управления.

Неисправности контроллера в основном проявляются в виде ошибок в логике распределения мощности. Традиционные стратегии с фиксированными пороговыми значениями не могут адаптироваться к сложным и изменяющимся погодным условиям. Например, в ранние утренние часы, когда ветер слабый, а солнечное освещение увеличивается, традиционное управление сохраняет выходную мощность турбины только на 30%–40% от номинальной мощности из-за недостаточной скорости ветра, что приводит к значительному расходу ветровой энергии. Статистика показывает, что гибридные системы, использующие традиционные стратегии управления, имеют средний коэффициент использования энергии на 15%–20% ниже, чем интеллектуальные системы.

2. Общие неисправности и причины в солнечных панелях

Солнечные панели в гибридных системах также сталкиваются с различными рисками отказов. Повреждения поверхности и неисправности коннекторов на терминалах являются самыми заметными физическими неисправностями, часто вызванными суровыми погодными условиями, ударом песка или неправильной установкой. В районах с сильными ветрами солнечные панели испытывают средний годовой уровень повреждений 5%–8%, что требует регулярного осмотра и обслуживания.

Электрически, эффект горячих точек и частичное затенение являются ключевыми факторами, влияющими на эффективность фотovoltaических панелей. Когда часть панели затенена, энергия от не затененных участков течет обратно в затененную область, вызывая локальное перегревание и образование горячих точек. Продолжительное воздействие горячих точек может снизить эффективность панели на 15%–20% и даже привести к постоянному повреждению. Кроме того, PID (Potential Induced Degradation) является значительным фактором, влияющим на срок службы панели, особенно в условиях высокой влажности, где эффективность может снизиться на 5%–10% в течение 1–2 лет.

Деградация производительности в основном обусловлена световым старением и неисправностью материалов для герметизации. Отраслевые стандарты требуют, чтобы высококачественные фотovoltaические модули имели годовой коэффициент деградации ниже 0.3%–0.5% в течение 25-летнего срока службы. Однако на практике экологические факторы и старение материалов могут привести к годовым коэффициентам деградации 0.8%–1.2%, что существенно влияет на общую эффективность системы.

3. Анализ неисправностей контроллеров и аккумуляторных систем

Как "мозг" гибридной ветро-солнечной системы, производительность контроллера напрямую влияет на стабильность системы. Основная проблема заключается в ограничениях традиционных стратегий распределения мощности, которые основаны на фиксированных эмпирических параметрах и простых пороговых суждениях, что делает их неспособными адаптироваться к реальным колебаниям энергии. В условиях сложных погодных условий эти контроллеры не могут своевременно корректировать распределение мощности, что приводит к ухудшению стабильности энергии. Например, при внезапных изменениях погоды, таких как быстрое изменение направления ветра или движение облаков, традиционные контроллеры могут потребовать несколько минут или более на реакцию, не удовлетворяя строгим требованиям качества энергии современного промышленного оборудования.

Неисправности аккумуляторных систем в основном классифицируются как недозаряд, попадание воды и деградация емкости. Недозаряд происходит, когда напряжение падает ниже порогового значения запуска контроллера; продолжительный недозаряд приводит к глубокому разряду, сокращая срок службы аккумулятора. Попадание воды часто связано с неправильной установкой или плохой герметизацией, что приводит к крайне низким, нулевым или ложным показаниям напряжения, вызывая серьезное повреждение аккумулятора. Статистика показывает, что около 15% отказов гибридных систем связаны с попаданием воды в аккумулятор.

Деградация емкости является естественным процессом старения, но экологические факторы могут значительно ускорить его. В горных районах ночные низкие температуры могут снизить производительность солнечных панелей на 30%–40%, а также уменьшить доступную емкость аккумулятора, что делает сложно удовлетворять потребности нагрузки в условиях низкой освещенности. Кроме того, в условиях высокой солености окружающей среды аккумуляторы значительно коррозируют; в прибрежных районах срок службы аккумуляторов в гибридных системах обычно на 30%–50% короче, чем в внутренних районах.