Tuuli- ja aurinkoenergian yhdistetyt voimajärjestelmät: miten ne toimivat ja milloin niihin kannattaa sijoittaa

Miksi yhdistää tuuli- ja aurinkoenergia

Ahybridituuli- ja aurinkoenergiasysteemi toimii, koska nämä kaksi resurssia täydentävät toisiaan eivätkä kilpaile keskenään.

• Aurinko saavuttaa huippunsa keskipäivällä, on erinomaisen ennustettavissa kausittain ja ei tuota mitään yöllä.

• Tuuli on usein voimakkainta iltaisin, yöllä ja talvella – juuri silloin, kun aurinkoenergian tuotanto on heikointa.

Oikeassa sijainnissa nämä kaksi energialähdettä päällekkäistyvät riittävästi tasoittaakseen päivittäisen ja kausittaisen tuotantokäyrän, mikä pienentää akkujen tarvetta silmukoiden läpiviemiseen. Tämä varastoinnin vähentäminen on se kohta, jossa suurin osa taloudellisesta perusteesta sijaitsee.

Täydentävyys on todellinen – mutta paikallisesti erilainen

Täydentävyysvaikutus ei ole yhtenäinen. Se riippuu paikallisista tuulikuvoista:

Rehellinen johtopäätös: tuuli- ja aurinkoenergian yhdistelmä on erinomainen ratkaisu vain vähäiselle osalle paikoista ja huono ratkaisu useimmille. Suorita tuuliresurssien arviointi ennen sitoutumista – vähintään kaksitoista kuukautta mittausdataa ja mahdollisimman hyvä mallinnettu pitkän aikavälin tietue. Yleinen virhe on tuuliturbiinin ostaminen poikkeuksellisen tuulisesta kuukaudesta saatujen tietojen perusteella.

Järjestelmäkokoonpano

Amyytävänä oleva hybridiaurinko-tuulienergiantuotantojärjestelmä sisältää yleensä:

Kriittisin komponentti on hybridiohjain. Sen on kyettävä käsittelyyn kahta erilaista lähdettä – aurinkopaneelien suhteellisen vakion DC-tuoton ja tuuliturbiinin muuttuvan, tasasuuntautuneen AC-tuoton. Halvat ohjaimet toimivat hyvin vain yhden lähteen kanssa ja huonosti toisen kanssa, mikä johtaa siihen, että hybridijärjestelmät toimivat alateholla ilman että kukaan huomaa sitä.

Ohjauslogiikka

Hyvin suunnitellun järjestelmän prioriteetit ovat seuraavassa järjestyksessä:

• Tyydytä kuorma suoraan siitä lähteestä, joka tuottaa juuri sillä hetkellä.

• Lataa akku ylijäämällä.

• Rajoita tai ohjaa ylijäämä ylimäärä, kun akku on täynnä.

Tuuliturbiini lisää haastetta: sitä ei voida yksinkertaisesti kytkiä pois päältä voimakkaassa tuulessa ilman mekaanista suojaa. Turbiinien on siksi oltava varustettu joko kääntömekanismilla, sähköjarrulla tai niiden huipputehon mukaisella kulutuskuormalla. Tämä on tekninen vaatimus, ei vain lisäominaisuus – sen jättäminen pois on yleisin syy turbiinien vikaantumiseen.

Tuuli- ja aurinkoenergian hybridijärjestelmän mitoitus

Toistettava menetelmä:

• Päivittäinen kulutustarve — kuten kaikissa muissakin verkkoon kytkemättömissä järjestelmissä, kWh/päivä.

• Aurinkoenergian osuus — paneelikentän teho kW × huippuauringostunnit × 0,75.

• Tuulienergian osuus — turbiinin nimellisteho × käyttöaste. Ole varovainen: kotikäyttöön tarkoitetut turbiinit saavuttavat yleensä 10–20 %:n käyttöasteen, ei teollisuuskäytön turbiinien 40 %:n tai sitä korkeampaa käyttöastetta.

• Tasapaino kysynnän kanssa , sitten akun koko valitaan autonomian perusteella.

• Lisää varatila — useimmat hybridiverkkoisista paikoista pitävät pieniä generaattoreita käytettäväksi hiljaisena, pilvisenä viikkona, joka kaikilla paikoilla esiintyy lopulta.

Hyödyllinen tarkistus: jos tuulen osuus kokonaisenergiasta on alle noin 20 %, tuuliturbiinin kustannukset ja huolto eivät yleensä oikeuta sen käyttöönottoa. Samaan rahaa kannattaa yleensä sijoittaa lisää aurinkopaneeleja ja varastointia.

Missä se on järkevää

• Kaukana sijaitsevat verkosta irrotetut paikat — tietoliikennetornit, maatilat, saarilla sijaitsevat metsästys- ja kalastusmajat, etäkäytössä olevat mittausasemat, joissa polttoaineiden logistiikka on pääkustannus

• Rannikon ja vuoriston asuinrakennukset ilman verkkoyhteyttä

• Sivustot, joilla on voimakas talvi/kesä-epätasapaino — jossa aurinkoenergian käyttö vaatii erinomaisen suuren akun kattamaan talviaikaan

• Hybridimikroverkot pienille yhteisöille

Paikat, joissa se harvoin on järkevää: esikaupunkialueiden katot, sivustot, joilla on luotettava sähköverkkoyhteys, ja paikat, joissa ei ole mitattua tuuliresurssia.

Kustannukset

Tuuliturbiini on kallis osa ja ylläpidon pääaihe. Siksi päätös tulisi tehdä tuuliresurssin perusteella, ei teknologian houkuttelevuuden perusteella.

Akun suunnittelu hybridipaikalle

Akku hybridijärjestelmässä tekee enemmän työtä kuin puhtaassa aurinkosähköjärjestelmässä, ja sen mitoitus vaatii huolellisuutta.

Aloita odotetun pisimmän energiapuutteen mukaan. Hybridiyhteyspisteessä akun on kattava tuotannon ja kulutuksen välinen aukko huonoimman yhdistelmän aikana, jolloin tuuli ja aurinko ovat heikoimpia. Tämä on usein kahden–neljän päivän jakso, ei vain yksi yö – siksi hybridi off-grid -akut ovat suhteellisesti suurempia kuin pelkästään aurinkoenergialla toimivat akut.

Ota sitten huomioon tuuliturbiinin vaihtelu. Tuuliturbiinin tuotto vaihtelee minuutti minuutilta. Liian pieni akku aiheuttaa usein pintasykläystä, joka on vähemmän haitallisempaa kuin syväsyklaus, mutta lyhentää kuitenkin akun elinikää. Käytännön sääntönä on varata ainakin neljä tuntia keskimääräistä kuormaa puskuriksi.

Valitse sitten generaattori. Useimmat hybridiyhteyspisteet pitävät pieniä varageneraattoreita. Jos sellainen on olemassa, akun koko voidaan mitoittaa kahden päivän varalle sen sijaan, että se olisi neljän päivän varalla, koska generaattori kattaa poikkeustilanteet. Ilman generaattoria akun on kattava huonoin mahdollinen tilanne yksin.

Lopuksi vahvista akun lataushyväksyntä. LiFePO4-akut hyväksyvät latauksen nopeasti, mikä sopii tuuliturbiinin vaihtelevaan tuotantoon huomattavasti paremmin kuin lyijy-happoakut, joiden lataushyväksyntä heikkenee voimakkaasti yli 80 %:n lataustason.

UKK

K: Onko tuuli-auringon hybridijärjestelmä parempi kuin aurinkoenergia plus lisää akkuja? Vain siellä, missä tuuliresurssi on todella vahva ja täydentää aurinkoenergiaa. Muussa tapauksessa ylimääräinen aurinkosähkö ja varastointi on yleensä halvempaa ja huomattavasti vähemmän huoltoa vaativa ratkaisu.

K: Kuinka paljon tuulta minun tarvitsee? Sivuston keskimääräisen tuulennopeuden tulisi olla vähintään noin 5 m/s tornin korkeudella, ja arviolle tulisi olla mittauspohjainen tietue. Tätä alhaisemmillä nopeuksilla turbiini harvoin maksaa itsensä takaisin.

K: Voinko lisätä tuuliturbiinin olemassa olevaan aurinkojärjestelmään? Usein kyllä, jos invertteri tai ohjain hyväksyy toisen syötön. Monet hybridinvertterit tekevät sen; muussa tapauksessa lisätään erillinen tuuliturbiinin ohjain ja hukkalataus.

K: Kuinka paljon huoltoa pieni turbiini vaatii? Vähintään yksi tarkastus vuodessa, jolloin tarkistetaan laakerit ja siivet. Tuuliturbiinit vaativat enemmän huomiota kuin mikä tahansa muu järjestelmän osa.

K: Toimivatko tuuliturbiinit kaupunkialueilla? Huonosti. Rakennukset aiheuttavat turbulenssia, joka vähentää tuotantoa ja kiihdyttää kulumista. Kaupunkien tuuli ei yleensä ole käytettävissä oleva energiavara.

Arvioitteko hybridipaikkaa? Kinpower tarjoaa tuuli- ja aurinkoenergiaa yhdistäviä järjestelmiä – fotovoltaarisia kokoelmia, hybriditasumuuntimia, tuuliliitäntöjä ja LiFePO4-varastoja – jotka on suunniteltu yhdeksi hallittavaksi järjestelmäksi yhtenäisellä seurantaratkaisulla. Katso tuuli- ja aurinkoenergian integrointi tai tutustu energiaratkaisuihin .