Вятърно-слънчеви хибридни енергийни системи: как функционират и кога да инвестирате

Защо да се комбинират вятър и слънце

Aхибридна вятърно-слънчева енергийна система работи, защото двете ресурса са взаимно допълващи се, а не конкуриращи се.

• Слънчеви върховете са посредством деня, сезонно е много предсказуем и няма производство през нощта.

• Вятър често е най-силен вечерта, през нощта и през зимата – точно когато слънчевата енергия е най-слаба.

На подходящо място двете се припокриват достатъчно, за да изгладят дневната и сезонната крива на генериране, което намалява батерията, необходима за преодоляване на прекъсванията. Това намаляване на съхранението е мястото, където се формира повечето от икономическия аргумент.

Допълващият ефект е реален – но зависи от местоположението

Ефектът на допълване не е еднакъв. Той зависи от местните ветрови модели:

Честният извод: вятърно-слънчевата хибридна система е отличен избор за малцинството от обекти и лош избор за повечето. Проведете оценка на вятърния ресурс, преди да вземете решение — поне дванадесет месеца данни и, по възможност, моделиран дългосрочен запис. Често срещан провал е закупуването на турбина въз основа на необичайно ветровит месец.

Конфигурация на системата

Aхибридна слънчево-вятърна система за производство на електроенергия за продан обикновено включва:

Ключовият компонент е хибридният контролер. Той трябва да управлява два източника с много различни характеристики на изхода — относително стабилния DC от PV и променливия, ректифициран AC от турбината. Евтините контролери обработват добре единия източник, но зле другия, което води до слаба производителност на хибридните системи без никой да забележи.

Логика за управление

Добре проектираната система има следния приоритетен ред:

• Задоволява натоварването направо от източника, който в момента произвежда енергия.

• Зарежда батерията с излишък.

• Ограничаване или отвеждане към товар излишък, след като батерията се напълни.

Турбината добавя допълнителна сложност: тя не може просто да се изключи при силни ветрове без механична защита. Следователно турбините изискват или механизъм за завиване, или електрически спирачен механизъм, или товар за отвеждане, размерен според техния максимален изход. Това е инженерна необходимост, а не удобство — пропускането му е най-честата причина за повреда на турбина.

Размери на вятърно-слънчева хибридна система

Повтаряем метод:

• Дневна потребност — както при всяка автономна система, в kWh/ден.

• Слънчев принос — kW на масива × часове пиково слънце × 0.75.

• Вятърна компонента — номинална мощност на турбината × коефициент на използване. Бъдете консервативни: турбините за домакинствено използване обикновено постигат коефициент на използване 10–20 %, а не 40 % и повече, както при централните електроцентрали.

• Баланс спрямо потреблението , след което определете капацитета на батерията за автономност.

• Добавете резервен източник — повечето хибридни автономни обекти поддържат малък генератор за периодите на безветрие и облачност, които всеки обект рано или късно преживява.

Полезна проверка за реалистичност: ако вятърната компонента е по-малка от около 20 % от общата енергия, разходите за турбината и поддръжката ѝ рядко оправдават нейното включване. Същата сума, инвестирани в допълнителни фотоволтаични панели и натрупване на енергия, обикновено е по-добра инвестиция.

Където има смисъл

• Отдалечени автономни обекти — телекомуникационни кули, ферми, островни хотели, отдалечени мониторингови станции, където логистиката за доставка на гориво е доминиращата разходна статия

• Прибрежни и планински домове без връзка с електрическата мрежа

• Обекти със силно несъответствие между зимата и лятото — където само слънчевата енергия изисква много голям акумулатор, за да покрива зимните периоди

• Хибридни микромрежи за обслужване на малки общности

Където почти никога не е разумно: предградски покриви, обекти с надеждна връзка с електрическата мрежа и места без измерен ветров ресурс.

Разходи

Турбината е скъпата част и основният фактор за поддръжка. Затова решението трябва да се вземе въз основа на ветроенергийния потенциал, а не на привлекателността на технологията.

Проектиране на батерия за хибридно място

Батерията в хибридна система извършва повече работа, отколкото в чиста фотоволтаична система, и определянето на нейния размер изисква внимание.

Започнете с най-дългия очакван дефицит. В хибридно място батерията трябва да покрива разликата между генерирането и натоварването по време на най-лошата комбинация от слаб вятър и слаба слънчева радиация. Това често е период от два до четири дни, а не само една нощ — поради това батериите за хибридни автономни системи са пропорционално по-големи от тези за само слънчеви системи.

След това вземете предвид променливостта на турбината. Изходната мощност на турбина се променя минута по минута. Твърде малка батерия ще преживее чести плитки цикли, които са по-малко вредни от дълбоките цикли, но все пак намаляват живота ѝ. Приблизително правило е да се осигури буфер от поне четири часа средно натоварване.

След това решете за генератор. Повечето хибридни места запазват малък резервен генератор. Ако такъв присъства, батерията може да се проектира за два дни вместо за четири, тъй като генераторът покрива остатъка. Без него батерията трябва сама да покрива най-лошия случай.

Накрая потвърдете способността на батерията да приема заряд. Батериите от тип LiFePO4 приемат заряд бързо, което ги прави по-подходящи за променливия изход на турбина в сравнение с оловно-киселинните батерии, чиято способност за приемане рязко намалява над 80 % степен на зареждане. За хибридна инсталация само тази разлика често е достатъчна, за да се оправдае по-високата цена на LFP батериите.

ЧЗВ

В: По-добре ли е вятърно-слънчевата хибридна система от слънчева система плюс допълнителни батерии? Само там, където вятърният ресурс е наистина силен и допълва слънчевата енергия. В противен случай допълнителните фотоволтаични панели и натрупване на енергия обикновено са по-евтини и изискват значително по-малко поддръжка.

В: Колко вятър ми е необходим? На мястото трябва да се регистрира минимална средна скорост на вятъра от приблизително 5 m/s на височината на осите на турбината, като тази оценка трябва да се основава на измерени данни. При по-ниски стойности турбината рядко ще се окупира.

В: Мога ли да добавя вятърна турбина към съществуваща слънчева система? Често – да, ако инверторът или контролерът приема втори вход. Много хибридни инвертори имат такава възможност; в противен случай се добавя отделен контролер за турбина и товар за разсейване.

В: Колко поддръжка изисква малка вятърна турбина? Поне една инспекция годишно, включваща проверка на лагерите и перките. Турбините изискват по-голямо внимание в сравнение с всеки друг компонент на системата.

В: Турбините работят ли в градски райони? Лошо. Сградите създават турбулентност, която намалява производителността и ускорява износването. Вятърът в градовете обикновено не е жизнеспособен ресурс.

Оценявате хибридно място? Kinpower доставя интегрирани вятърно-слънчеви системи — фотоволтаични масиви, хибридни инвертори, вятърни интерфейси и LiFePO4 натрупване на енергия — проектирани като една цялостна управляема система с единна мониторингова платформа. Вижте интеграция на вятърна и слънчева енергия или изследвайте енергийни решения .