Гібридна система вітрово-сонячних джерел: Вади та рішення

1. Типові вади та причини у вітрових турбінах

Як ключова складова вітро-сонячних гібридних систем, вітрові турбіни переважно зазнають вад у трьох областях: механічній структурі, електричних системах та функціях керування. Зношення та розрив лопаток є найпоширенішими механічними вадами, які зазвичай викликаються довготривалим впливом вітру, матеріальним виснаженням або дефектами виробництва. Даний моніторинг показують, що середній термін служби лопаток становить 3–5 років у прибережних регіонах, але може скоротитися до 2–3 років у північно-західних регіонах із частими піщаними бурями. Крім того, зношення ексцентричного підшипника особливо виражене у горизонтально-вальцових турбінах, головним чином через тривалу неправильну роботу та нерівномірне розподілення напруженості.

У електричних системах втрати фази виходу та нестабільність напруги є двома типовими проблемами. Вітрові турбіни генерують трифазний черговий струм, і слабкі з'єднання або ослаблені проводи легко можуть призвести до невідповідності або відсутності фаз. Статистика галузі показує, що близько 25% аварій турбін пов'язані з проблемами проводки. Інша поширена проблема — невідправна система гальмування, коли швидкість ротора не зменшується значно після короткого замикання трьох фаз, можливо, через зношення гальма або невдале електричне керування.

Вади контролера в основному проявляються як недоліки логіки розподілу потужності. Традиційні стратегії з фіксованими порогами не можуть адаптуватися до складних та змінних погодних умов. Наприклад, вранці при легкому вітрі та зростаючому сонячному світлі, традиційне керування зберігає виход турбіни лише на 30%–40% від номінальної потужності через недостатню швидкість вітру, що призводить до значного витрати вітрової енергії. Статистика показує, що вітро-сонячні гібридні системи, які використовують традиційні стратегії керування, мають середній рівень використання енергії на 15%–20% нижче за інтелектуальні системи.

2. Типові вади та причини у сонячних панелях

Сонячні панелі в гібридних системах також стикаються з різноманітними ризиками аварій. Поверхневі пошкодження та вади з'єднуючих клем є найбільш видимими фізичними вадами, часто спричиненими жорсткими погодними умовами, впливом піску або неправильним монтажем. У районах з сильним вітром, сонячні панелі зазнають середньої щорічної частки пошкоджень 5%–8%, що вимагає регулярного обслуговування та ремонту.

Електрично, ефекти гарячих точок та часткове затінення є ключовими факторами, що впливають на ефективність фотоелементів. Коли частина панелі затінена, енергія з невтіненої частини потрапляє в оберненому напрямку до затіненої, що призводить до локального перегріву та утворення гарячих точок. Тривалі ефекти гарячих точок можуть знизити ефективність панелі на 15%–20% та навіть призвести до постійних пошкоджень. Крім того, PID (Потенційно-індукована деградація) є значимим фактором, що впливає на тривалість життя панелей, особливо в середовищі з високою вологістю, де ефективність може знизитися на 5%–10% протягом 1–2 років.

Деградація продуктивності в основному викликається світловим виснаженням та відмовою матеріалів упаковки. Промислові стандарти вимагають, щоб високоякісні фотovoltaic модулі мали річний рівень деградації нижче 0,3%–0,5% протягом строку служби 25 років. Однак, на практиці, екологічні фактори та вік матеріалів можуть призвести до річного рівня деградації 0,8%–1,2%, значно впливаючи на загальну ефективність системи.

3. Аналіз вад контролерів та аккумуляторних систем

Як "мозок" вітро-сонячної гібридної системи, продуктивність контролера безпосередньо впливає на стабільність системи. Основна проблема полягає у обмеженнях традиційних стратегій розподілу потужності, які засновані на фіксованих емпіричних параметрах та простих порогових судженнях, що не можуть адаптуватися до реального часу коливань енергії. У складних погодних умовах, ці контролери не можуть своєчасно регулювати розподіл потужності, що призводить до погіршення стабільності енергії. Наприклад, під час несподіваних змін погоди, таких як швидкі зміни вітру або швидкі хмари, традиційні контролери можуть відповідати кілька хвилин або довше, не зможуть задовольнити суворі вимоги до якості енергії сучасного промислового обладнання.

Вади аккумуляторних систем в основному поділяються на недоїмку, проникнення води та деградацію ємності. Недоїмка відбувається, коли напруга опускається нижче порогу запуску контролера; тривала недоїмка призводить до глибокого розряду, що скорочує термін служби акумулятора. Проникнення води часто викликається неправильним монтажем або поганою герметизацією, що призводить до надзвичайно низьких, нульових або хибних показників напруги, що викликає серйозні пошкодження акумулятора. Статистика показує, що близько 15% аварій гібридних систем пов'язані з проникненням води в акумулятор.

Деградація ємності є природним процесом старіння, але екологічні фактори можуть значно прискорити його. У плоскогір'ях, ночні низькі температури можуть знизити продуктивність сонячних панелей на 30%–40%, а також зменшити ємність акумулятора, що робить важким задоволення потреб під час слабкого освітлення. Крім того, високосолеве середовище значно кородує акумулятори; у прибережних районах, термін служби акумуляторів в гібридних системах зазвичай на 30%–50% коротший, ніж у внутрішніх районах.