Hibridni sistem vetrne in sončne energije: Napake in rešitve

1. Pogosti težave in vzroki v vetrenih turbinah

Kot ključni sestavni del hibridnih sistemov s sončno energijo in vetro, vetrene turbine predvsem doživljajo težave v treh področjih: mehanska struktura, električni sistemi in funkcije nadzora. Iztirjanje in lomilo lepalk so najpogostejše mehanske težave, običajno povzročeni dolgoročnim vplivom vetra, utrujenostjo materiala ali proizvodnimi napakami. Podatki o spremljanju na terenu kažejo, da je povprečna življenjska doba lepalk 3–5 let v obalnih regijah, vendar se lahko skrati na 2–3 leta v zahodno-severnih regijah z pogostimi pesčanymi vrticami. Poleg tega je izstopanje nosilca posebej izrazito pri horizontalnih turbinah, predvsem zaradi dolgoročne nepravilne operacije in neravnomernega razporeditve napetosti.

V električnih sistemih sta dva tipična problema izguba faza izhoda in nestabilnost napetosti. Vetrene turbine generirajo trifazni strom, in slabi stiki ali prosto vezave lahko preprosto vodijo do neravnovesja ali manjkajočih faz. Statistika industrije kaže, da je približno 25% propadov turbin povezanih s problemi vezav. Še en pogost problem je nezmožnost brezbednosti brzdoga, kjer hitrost rotora po trifaznem kratkem stiku ne upada zelo nizko, morda zaradi iztiranja brzdoga ali električnega nadzornega propada.

Težave nadzornikov se predvsem manifestirajo kot defektne logike distribucije moči. Tradicionalne strategije fiksne praga ne morejo prilagoditi kompleksnim in spremenljivim vremenskim pogojinom. Na primer, med jutranjimi urami s lakota vjetrom in naraščajočim sončnim svetlobnim valovanjem, tradicionalni nadzor ohranja izhod turbine samo na 30%–40% nominalne moči zaradi nedostatka hitrosti vetra, kar pomeni veliko izgubo vetrne energije. Statistika kaže, da imajo hibridni sistemi s tradicionalnimi strategijami nadzora povprečno stopnjo izkoriščenosti energije 15%–20% nižjo od inteligentnih sistemov.

2. Pogosti težave in vzroki v sončnih panelih

Sončni paneli v hibridnih sistemih tudi soočajo z različnimi tveganji za propade. Poškodbe površine in odpoved terminalnih konektorjev so najvidnejši fizični propadi, običajno povzročeni krutim vremenskim pogoji, utripom peska ali nepravilno namestitvijo. V oblastih z visokim vetrom imajo sončni paneli povprečno letno stopnjo poškodbe 5%–8%, kar zahteva redno pregledovanje in vzdrževanje.

Električno gledano so učinki točk toplega točka in delno senčenje ključni dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost fotovoltaik. Ko je del panela senčen, energija iz nenosenčenih območij teče obratno v senčeno območje, kar povzroča lokalno pretopenje in oblikuje točke toplega točka. Dolgotrajni učinki točk toplega točka lahko zmanjšajo učinkovitost panela za 15%–20% in celo povzročijo trajne poškodbe. Poleg tega je PID (Potential Induced Degradation) pomemben dejavnik, ki vpliva na življenjsko dobo panela, zlasti v okoljih z visoko vlago, kjer se učinkovitost lahko zmanjša za 5%–10% v 1–2 letih.

Degradacija zmogljivosti je predvsem posledica degradacije, povzročene svetlobno, in odpoved materiala za embalažo. Industrijski standardi zahtevajo, da imajo visokokakovostni fotovoltaični moduli letno stopnjo degradacije pod 0.3%–0.5% v 25-letnem času življenja. V praksi pa lahko okoljski faktorji in staranje materiala povzročijo letne stopnje degradacije 0.8%–1.2%, kar znatno vpliva na splošno učinkovitost sistema.

3. Analiza propadov nadzornikov in baterijskih sistemov

Kot "mozg" hibridnega sistema s sončno energijo in vetro, se učinkovitost nadzornika neposredno odraža v stabilnosti sistema. Glavni problem je v omejitvah tradicionalnih strategij distribucije moči, ki se opirajo na fiksne empirične parametre in preproste pragovne presoje, zaradi česar ne morejo prilagoditi realnemu časovnemu fluktuaciji energije. Pod kompleksnimi vremenskimi pogoji ti nadzorniki ne morejo pravočasno prilagoditi dodeljevanja moči, kar vodi do zmanjšane stabilnosti moči. Na primer, med nenehnimi vremenskimi spremembami, kot so hitri preliv vetra ali hitro gibljuča oblaka, tradicionalni nadzorniki lahko potrebujejo nekaj minut ali dlje, da bi odgovarjali, in ne morejo zadovoljiti strogih zahtev kakovosti moči sodobnega industrijskega opreme.

Propadi baterijskih sistemov so predvsem razdeljeni na podnapeljivanje, vstop vode in degradacijo kapacitete. Podnapeljivanje nastane, ko padne pod prag zagona nadzornika; dolgotrajno podnapeljivanje vodi do globokega razpoložljivega naboja, kar skraca življenjsko dobo baterije. Vstop vode je običajno posledica nepravilne namestitve ali slabe zaprtosti, kar vodi do zelo nizkih, ničelnih ali lažnih meritev napetosti, kar povzroča resne poškodbe baterije. Statistika kaže, da je približno 15% propadov hibridnih sistemov povezano z vstopom vode v baterije.

Degradacija kapacitete je naravno proces staranja, vendar lahko okoljski faktorji znatno pospešijo ta proces. V planinske regije nočne nizke temperature lahko zmanjšajo učinkovitost sončnih panelov za 30%–40%, hkrati pa zmanjšujejo uporabno kapaciteto baterije, kar težko izpolnjuje zahteve opterečenosti v pogoji slaba osvetlitev. Poleg tega korozija baterij v okoljih z visoko solino; v obalnih območjih je življenjska doba baterij v hibridnih sistemih običajno 30%–50% krajša kot v notranjih območjih.