Συστήματα Υβριδικής Παραγωγής Ενέργειας Ανέμου-Ηλιακής: Πώς Λειτουργούν και Πότε Να Επενδύσετε

Γιατί να συνδυάσετε αιολική και ηλιακή ενέργεια

Aυβριδικό σύστημα αιολικής και ηλιακής ενέργειας λειτουργεί επειδή οι δύο πηγές είναι συμπληρωματικές, όχι ανταγωνιστικές.

• Ηλιακός φθάνει στο μέγιστό της το μεσημέρι, είναι εξαιρετικά προβλέψιμη εποχιακά και δεν παράγει τίποτα τη νύχτα.

• Αέρας είναι συχνά ισχυρότερη το απόγευμα, τη νύχτα και τον χειμώνα — ακριβώς όταν η ηλιακή ενέργεια είναι ασθενέστερη.

Στην κατάλληλη τοποθεσία, οι δύο πηγές επικαλύπτονται αρκετά για να εξομαλύνουν την ημερήσια και εποχιακή καμπύλη παραγωγής, μειώνοντας έτσι τη χωρητικότητα της μπαταρίας που απαιτείται για να καλυφθούν οι κενές περίοδοι. Αυτή η μείωση της αποθηκευτικής ικανότητας αποτελεί το κύριο οικονομικό επιχείρημα.

Η συμπληρωματικότητα είναι πραγματική — αλλά εξαρτάται από την τοποθεσία

Το φαινόμενο της συμπληρωματικότητας δεν είναι ομοιόμορφο. Εξαρτάται από τα τοπικά ανεμικά πρότυπα:

Η ειλικρινής συμπερασματική διαπίστωση: ένα υβριδικό αιολικού-ηλιακού σύστημα είναι ιδανικό για μια μειονότητα τοποθεσιών και ακατάλληλο για την πλειονότητα. Πραγματοποιήστε αξιολόγηση του αιολικού δυναμικού προτού προχωρήσετε σε οποιαδήποτε δέσμευση — τουλάχιστον δώδεκα μήνες δεδομένων, και ιδανικά μια προσομοιωμένη μακροπρόθεσμη καταγραφή. Ένα συνηθισμένο σφάλμα είναι η αγορά ανεμογεννήτριας με βάση έναν εξαιρετικά ανεμώδη μήνα.

Διαμόρφωση συστήματος

Aυβριδικό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από άνεμο και ήλιο προς πώληση συνήθως περιλαμβάνει:

Το κρίσιμο στοιχείο είναι ο υβριδικός ελεγκτής. Πρέπει να διαχειρίζεται δύο πηγές με πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά εξόδου — το σχετικά σταθερό DC των φωτοβολταϊκών και το μεταβλητό, ανορθωμένο AC της ανεμογεννήτριας. Οι φθηνοί ελεγκτές διαχειρίζονται μία πηγή καλά και την άλλη κακά, γεγονός που οδηγεί τα υβριδικά συστήματα σε χαμηλή απόδοση χωρίς κανείς να το προσέξει.

Λογική Ελέγχου

Ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα δίνει προτεραιότητα με την ακόλουθη σειρά:

• Εξυπηρέτηση του φορτίου απευθείας από την πηγή που παράγει κάθε στιγμή.

• Φορτίστε τη Μπαταρία με πλεόνασμα.

• Περικοπή ή φόρτιση απόρριψης πλεόνασμα μόλις η μπαταρία γεμίσει.

Η αιολική τουρμπίνα προσθέτει μια περιπλοκή: δεν μπορεί απλώς να απενεργοποιηθεί σε υψηλές ταχύτητες ανέμου χωρίς μηχανική προστασία. Οι τουρμπίνες χρειάζονται επομένως είτε μηχανισμό αυτόματης περιστροφής (furling), είτε ηλεκτρικό φρένο, είτε φορτίο απόρριψης (dump load) διαστασιολογημένο για τη μέγιστη ισχύ τους. Αυτό είναι μια μηχανική αναγκαιότητα, όχι μια πρόσθετη βελτίωση — η παράλειψή του είναι η συνηθέστερη αιτία αποτυχίας των τουρμπινών.

Διαστασιολόγηση υβριδικού αιολικού-φωτοβολταϊκού συστήματος

Μια επαναλαμβανόμενη μέθοδος:

• Καθημερινή ζήτηση — όπως και για κάθε αυτόνομο σύστημα, σε kWh/ημέρα.

• Συνεισφορά του φωτοβολταϊκού — kW του πάνελ × ώρες αιχμής ηλιοφάνειας × 0,75.

• Συνεισφορά της αιολικής — ονομαστική ισχύς της τουρμπίνας × συντελεστής χρησιμοποίησης. Να είναι κανείς προσεκτικός: οι τουρμπίνες οικιακής κλίμακας επιτυγχάνουν συνήθως συντελεστές χρησιμοποίησης 10–20%, όχι το 40%+ που επιτυγχάνουν οι ενεργειακές εγκαταστάσεις.

• Ισορροπία σε σχέση με τη ζήτηση , και στη συνέχεια επιλέξτε το μέγεθος της μπαταρίας για αυτονομία.

• Προσθέστε μια εφεδρική πηγή — οι περισσότεροι υβριδικοί αυτόνομοι σταθμοί διατηρούν ένα μικρό γεννήτρια για την ήρεμη, νεφελώδη εβδομάδα που κάθε σταθμός τελικά βιώνει.

Ένας χρήσιμος έλεγχος λογικότητας: εάν η συνεισφορά του ανεμογεννήτρια είναι μικρότερη από περίπου το 20% της συνολικής ενέργειας, το κόστος και η συντήρηση της ανεμογεννήτριας σπάνια δικαιολογούν την περίληψή της. Τα ίδια χρήματα που δαπανώνται για περισσότερη φωτοβολταϊκή παραγωγή και αποθήκευση είναι συνήθως καλύτερη επένδυση.

Όπου έχει νόημα

• Απομονωμένοι αυτόνομοι σταθμοί — πύργοι τηλεπικοινωνιών, αγροκτήματα, ξενοδοχεία σε νησιά, απομακρυσμένοι σταθμοί παρακολούθησης, όπου η λογιστική μεταφοράς καυσίμων αποτελεί το κυρίαρχο κόστος

• Παράκτιες και ορεινές κατοικίες χωρίς σύνδεση στο δίκτυο

• Ιστότοποι με έντονη ανισορροπία μεταξύ χειμώνα και καλοκαιριού — όπου η φωτοβολταϊκή ενέργεια μόνη της απαιτεί πολύ μεγάλη μπαταρία για να καλύψει τον χειμώνα

• Υβριδικά μικροδίκτυα που εξυπηρετούν μικρές κοινότητες

Όπου σπάνια έχει νόημα: υπεραστικές στέγες, ιστότοποι με αξιόπιστη σύνδεση στο δίκτυο και τοποθεσίες χωρίς μετρημένο ανεμικό δυναμικό.

Δαπάνες

Η ανεμογεννήτρια είναι το ακριβότερο μέρος και ο κύριος παράγοντας συντήρησης. Γι’ αυτό το λόγο, η απόφαση πρέπει να λαμβάνεται βάσει του δυναμικού ανεμικού πόρου, όχι της ελκυστικότητας της τεχνολογίας.

Σχεδιασμός της μπαταρίας για υβριδικό σταθμό

Η μπαταρία σε ένα υβριδικό σύστημα εκτελεί περισσότερη εργασία από ό,τι σε ένα καθαρά φωτοβολταϊκό σύστημα, και η διάστασή της απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή.

Ξεκινήστε από το μεγαλύτερο αναμενόμενο έλλειμμα. Σε ένα υβριδικό σταθμό, η μπαταρία πρέπει να καλύπτει το κενό μεταξύ παραγωγής και φορτίου κατά τη χειρότερη συνδυασμένη περίοδο χαμηλού ανέμου και χαμηλής ηλιακής ακτινοβολίας. Αυτή η περίοδος διαρκεί συχνά δύο έως τέσσερις ημέρες, όχι μία νύχτα — γι’ αυτόν τον λόγο οι μπαταρίες υβριδικών αυτόνομων σταθμών είναι αναλογικά μεγαλύτερες από εκείνες που χρησιμοποιούνται μόνο με ηλιακή ενέργεια.

Στη συνέχεια, λάβετε υπόψη τη μεταβλητότητα της ανεμογεννήτριας. Η παραγωγή μιας ανεμογεννήτριας διακυμαίνεται λεπτό προς λεπτό. Μια μπαταρία που είναι πολύ μικρή θα υφίσταται συχνές επιφανειακές φόρτισης-εκφόρτισης, οι οποίες είναι λιγότερο επιζήμιες από τις βαθιές, αλλά συντομεύουν παρ’ όλα αυτά τη διάρκεια ζωής της. Ένας εμπειρικός κανόνας είναι να παρέχεται ως απόθεμα τουλάχιστον τέσσερις ώρες μέσου φορτίου.

Στη συνέχεια, αποφασίστε για την εγκατάσταση γεννήτριας. Οι περισσότεροι υβριδικοί σταθμοί διατηρούν μια μικρή γεννήτρια αντικατάστασης. Εάν υπάρχει τέτοια, η μπαταρία μπορεί να είναι διαστασιολογημένη για δύο ημέρες αντί για τέσσερις, επειδή η γεννήτρια καλύπτει το υπόλοιπο φορτίο. Χωρίς γεννήτρια, η μπαταρία πρέπει να καλύπτει μόνη της τη χειρότερη περίπτωση.

Τέλος, επιβεβαιώστε την ικανότητα φόρτισης της μπαταρίας. Οι συστοιχίες LiFePO4 αποδέχονται φόρτιση γρήγορα, κάτι που ταιριάζει πολύ καλύτερα στη μεταβλητή παραγωγή μιας αιολικής τουρμπίνας σε σύγκριση με τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος, η ικανότητα φόρτισης των οποίων μειώνεται δραστικά πάνω από το 80% της κατάστασης φόρτισης. Για ένα υβριδικό σημείο, αυτή η διαφορά μόνη της μπορεί να δικαιολογήσει το πρόσθετο κόστος των μπαταριών LFP.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Είναι καλύτερο ένα υβριδικό αιολικό-φωτοβολταϊκό σύστημα από ένα φωτοβολταϊκό σύστημα με περισσότερες μπαταρίες; Μόνο εκεί όπου ο αιολικός πόρος είναι πραγματικά ισχυρός και συμπληρώνει την ηλιακή ενέργεια. Διαφορετικά, επιπλέον φωτοβολταϊκά πάνελ και αποθήκευση είναι συνήθως φθηνότερα και απαιτούν πολύ λιγότερη συντήρηση.

Ε: Πόσος αέρας χρειάζομαι; Ένα σημείο πρέπει να παρουσιάζει ελάχιστη μέση ταχύτητα ανέμου περίπου 5 m/s στο ύψος του άξονα, με μετρήσεις που να υποστηρίζουν αυτήν την εκτίμηση. Κάτω από αυτό το επίπεδο, η τουρμπίνα σπάνια θα αποδώσει.

Ε: Μπορώ να προσθέσω αιολική ενέργεια σε ένα υπάρχον φωτοβολταϊκό σύστημα; Συχνά ναι, εάν ο μετατροπέας ή ο ελεγκτής δέχεται δεύτερη είσοδο. Πολλοί υβριδικοί μετατροπείς το επιτρέπουν· διαφορετικά, προστίθενται ξεχωριστός ελεγκτής τουρμπίνας και φορτίο απόρριψης.

Ε: Πόση συντήρηση απαιτεί μια μικρή τουρμπίνα; Τουλάχιστον μία επιθεώρηση ετησίως, με έλεγχο των κουζινέτων και των πτερυγίων. Οι αιολικοί ανεμογεννήτριες απαιτούν περισσότερη προσοχή από οποιοδήποτε άλλο τμήμα του συστήματος.

Ε: Λειτουργούν οι αιολικοί ανεμογεννήτριες σε αστικές περιοχές; Με περιορισμένη απόδοση. Τα κτίρια δημιουργούν τυρβώδη ροή που μειώνει την παραγωγή και επιταχύνει τη φθορά. Ο αστικός άνεμος δεν αποτελεί γενικά βιώσιμο ενεργειακό πόρο.

Αξιολογείτε ένα υβριδικό χώρο; Η Kinpower προμηθεύει ενσωματωμένα αιολικά και ηλιακά συστήματα — φωτοβολταϊκά πάνελ, υβριδικούς μετατροπείς, διεπαφές ανεμογεννητριών και αποθηκευτικά συστήματα LiFePO4 — σχεδιασμένα ως ένα ενιαίο διαχειριζόμενο σύστημα με ενοποιημένη παρακολούθηση. Δείτε την ενσωμάτωση ανέμου και ηλιακής ενέργειας ή εξερευνήστε λύσεις ενέργειας .