Hibridni sistem vjetar-sunce greške i rešenja

1. Uobičajeni kvarovi i uzroci u vetrogeneratorima

Kao ključni sastojak hibridnih sistema na osnovu vetra i sunca, vetrogeneratori uglavnom iskušavaju kvarove u tri oblasti: mehanička struktura, električni sistemi i funkcije kontrole. Iznošenje i pucanje lopatica su najčešći mehanički propali, obično uzrokovani dugotrajnim uticajem vetra, umoranjem materijala ili proizvodnim defektima. Podaci sa terena pokazuju da je prosečna dužina života lopatica 3–5 godina u obalnim regijama, ali se može skratiti na 2–3 godine u zapadno-sjevernim regijama sa čestim pesčanim olujama. Takođe, iznošenje ekscentričnog ležaja posebno stiče značaj kod horizontalnih vetrogeneratara, uglavnom zbog dugotrajne radnje van centra i neravnomernog raspodele napona.

U električnim sistemima, gubitak faza na izlazu i nestabilnost napona su dve tipične probleme. Vetrogeneratori proizvode trofaznu naponsku struju, a loše spajanje ili raskočene veze mogu lako dovesti do neravnoteže ili nedostatka faza. Industrijske statistike pokazuju da je oko 25% kvarova vetrogeneratora povezana sa problemima vezama. Još jedan česti problem je neispravna funkcija kočnog sistema, gde brzina rotora ne opada značajno nakon trofaznog kratakog spoja, što može biti posledica iznošenja kočnice ili propala električne kontrole.

Propali kontrolera uglavnom se manifestiraju kao defektna logika raspodele snage. Tradicionalne strategije sa fiksiranim pragovima ne mogu se prilagoditi složenim i promenljivim vremenskim uslovima. Na primer, tokom ranog jutra sa blagim vetrom i povećanjem sunčevog svetla, tradicionalna kontrola održava izlaz vetrogeneratora na samo 30%–40% nominalne snage zbog nedostatka brzine vetra, čime se značajno šteti koristi od vetra. Statistike pokazuju da hibridni sistemi koji koriste tradicionalne strategije kontrole imaju prosečnu stopu iskorišćenja energije 15%–20% nižu nego inteligentni sistemi.

2. Uobičajeni kvarovi i uzroci na fotovoltaičnim panelima

Fotovoltaični paneli u hibridnim sistemima takođe su izloženi različitim rizicima propala. Povreda površine i propali terminalnih konektora su najvidljiviji fizički propali, često uzrokovani teškim vremenskim uslovima, uticajem peska ili nepravilnom instalacijom. U područjima sa jakim vjetrom, fotovoltaični paneli imaju prosečnu godišnju stopu oštećenja od 5%–8%, zahtevajući redovne inspekcije i održavanje.

Električno, efekti točkama visoke temperature i delimično senčenje su ključni faktori koji utiču na efikasnost fotovoltaičnih panela. Kada je deo panela senčen, energija sa nesenčenih područja teče obrnutim smerom prema senčenom području, dovodeći do lokalnog pregrejavanja i formiranja točaka visoke temperature. Dugotrajni efekti točkama visoke temperature mogu smanjiti efikasnost panela za 15%–20% i čak dovesti do trajnog oštećenja. Takođe, PID (Potential Induced Degradation) je značajan faktor koji utiče na vreme trajanja panela, posebno u okruženjima sa visokim stepenom vlage, gde efikasnost može pasti za 5%–10% unutar 1–2 godine.

Smanjenje performansi uglavnom je posljedica degradacije uzrokovane svetlosti i propala materijala za embaliranje. Industrijski standardi zahtevaju da kvalitetni fotovoltaični moduli imaju godišnju stopu degradacije ispod 0.3%–0.5% tijekom vremena trajanja od 25 godina. Međutim, u praksi, okružajni faktori i starenje materijala mogu dovesti do godišnjih stopa degradacije od 0.8%–1.2%, značajno utičući na ukupnu efikasnost sistema.

3. Analiza kvarova kontrolera i baterijskih sistema

Kao "mozak" hibridnog sistema na osnovu vetra i sunca, performanse kontrolera direktno utiču na stabilnost sistema. Glavni problem leži u ograničenjima tradicionalnih strategija raspodele snage, koje se oslanjaju na fiksirane empirijske parametre i jednostavna pragovna odlučivanja, čime se ne mogu prilagoditi stvarnim fluktuacijama energije. Pod složenim vremenskim uslovima, ti kontroleri ne mogu brzo prilagoditi raspodelu snage, dovodeći do smanjene stabilnosti snage. Na primjer, tokom naglog promene vremena, poput brzih promena smjera vetra ili brzog pomjeranja oblaka, tradicionalni kontroleri mogu potrebovati nekoliko minuta ili duže da reaguju, neispunjavajući stroge zahteve za kvalitetom snage savremenog industrijskog opreme.

Propali baterijskih sistema uglavnom se klasificiraju kao nedostatak punjenja, ulazak vode i smanjenje kapaciteta. Nedostatak punjenja se javlja kada padne napon ispod praga pokretanja kontrolera; dugotrajni nedostatak punjenja dovodi do dubokog razrađivanja, skraćujući vreme trajanja baterije. Ulazak vode često je posljedica nepravilne instalacije ili lošeg zatvaranja, rezultirajući ekstremno niskim, nulnim ili lažnim čitanjima napona, dovodeći do teškog oštećenja baterije. Statistike pokazuju da je oko 15% kvarova hibridnih sistema povezano sa ulaskom vode u bateriju.

Smanjenje kapaciteta je prirodan proces staranja, ali okružajni faktori mogu značajno ubrzati taj proces. U planinskim regijama, noćne niske temperature mogu smanjiti performanse fotovoltaičnih panela za 30%–40%, a istovremeno smanjiti korisnu kapacitet baterije, čineći teško zadovoljiti zahtjeve opterećenja pod slabo osvetljenim uslovima. Takođe, visoko solano okruženje značajno korodi baterije; u obalnim područjima, vreme trajanja baterije u hibridnim sistemima je obično 30%–50% kraće nego u kontinentalnim regijama.