Szél-napenergia hibrid energiarendszerek: Hogyan működnek, és mikor érdemes befektetni bennük

Miért érdemes a szél- és napelemes energiát kombinálni

Ahibrid szél-napenergia rendszer mert a két erőforrás kiegészítő, nem versengő jellegű.

• Napenergia a napsugárzás déli csúcsot ér el, szezonálisan nagyon jól előrejelezhető, és éjjel egyáltalán nem termel.

• Szél a szél gyakran este, éjjel és télen a legerősebb – éppen akkor, amikor a napenergia-termelés a leggyengébb.

A megfelelő helyszínen a két forrás termelése annyira átfedő, hogy kiegyenlíti a napi és szezonális termelési görbét, így csökken az akkumulátorok mérete, amelyekkel át lehet hidalni a hiányzó termelés időszakait. Ezt a tárolókapacitás-csökkenést jelenti a gazdasági indoklás legnagyobb része.

A kiegészítő hatás valós – de helyfüggő

A kiegészítő hatás nem egyenletes. A helyi szélviszonyoktól függ:

A tisztességes következtetés: a szél-napenergia hibrid rendszer csak egy kisebbségi helyszínre ideális, és a legtöbb esetben rossz választás. Végezzen szélenergia-potenciál-felmérést a beruházás előtt — legalább tizenkét hónapos adatsorral, és lehetőleg modellezett hosszú távú rekorddal. Gyakori hiba, hogy egy turbinát vásárolnak egy különösen szeles hónap alapján.

Rendszer konfiguráció

Aeladó hibrid nap-szélenergia-termelő rendszer általában tartalmazza:

A kulcskomponens a hibrid vezérlő. Képesnek kell lennie két, nagyon eltérő kimeneti jellemzőkkel rendelkező forrás kezelésére – a napelemek viszonylag stabil egyenáramát és a szélgenerátor változó, egyenirányított váltóáramát. A olcsó vezérlők az egyik forrást jól, a másikat rosszul kezelik, ezért a hibrid rendszerek gyakran rejtve maradóan alulteljesítenek.

Vezérlési logika

Egy jól megtervezett rendszer ebben a sorrendben ad elsőbbséget:

• Kielégíti a terhelést közvetlenül attól a forrástól, amely éppen termel.

• Töltsön az Akkumulátorba a felesleggel.

• Kifogásolja vagy levezeti a többlet, amikor az akkumulátor teljesen feltöltődött.

A szélkerék egy további bonyolultságot jelent: nem kapcsolható ki egyszerűen erős szél esetén mechanikai védelem nélkül. A szélkerekeknek ezért vagy furling-mechanizmusra, vagy elektromos fékre, vagy a csúcskimenetükhöz méretezett elvezető terhelésre van szükségük. Ez egy mérnöki szükségszerűség, nem pedig kényelmi funkció – elhagyása a szélkerekek leggyakoribb meghibásodásának oka.

Szél-napelemes hibrid rendszer méretezése

Ismételhető módszer:

• Napi igény – bármely off-grid rendszer esetében, kWh/nap.

• Napelemes hozzájárulás – napelemes tömb kW-ja × csúcsnapfény-órák × 0,75.

• Szélerőművi hozzájárulás – szélkerék névleges teljesítménye × kihasználási tényező. Legyen óvatos: a lakóterületi méretű szélkerekek általában 10–20%-os kihasználási tényezőt érnek el, nem a közműszintű gépek 40% feletti értékét.

• Egyensúly a kereslettel , majd méretezze az akkumulátort az autonómia érdekében.

• Tegyen be egy tartalékot — a legtöbb hibrid, off-grid helyszín kis generátort tart fenn a szélcsendes, felhős hetekre, amelyeket minden helyszín végül átél.

Hasznos realitásellenőrzés: ha a szélenergia-hozzájárulás kevesebb mint kb. 20%-a az összes energiának, akkor a szélturbina költsége és karbantartása ritkán indokolja a beépítését. Ugyanazt a pénzt több napelemre és tárolóra fordítva általában jobb befektetés.

Ahol értelmes

• Távoli, off-grid helyszínek — távközlési tornyok, gazdaságok, szigeti szállások, távoli figyelőállomások, ahol az üzemanyag-logisztika a domináns költség

• Partvidéki és hegyvidéki házak rácskapcsolás nélkül

• Olyan helyszínek, ahol erős a téli/nyári egyensúlyhiány — ahol a kizárólagos napelemes ellátáshoz nagyon nagy akkumulátorra van szükség a tél áthidalásához

• Hibrid mikrohálózatok kis közösségek ellátására

Ahol ritkán értelmezhető: elővárosi tetők, olyan helyszínek, ahol megbízható a villamos hálózati csatlakozás, és olyan területek, ahol nem mérték a szélenergiát.

Költségeket

A turbina a drága rész, és meghatározza a karbantartási igényt. Ezért a döntést a szélpotenciál alapján kell meghozni, nem a technológia vonzereje alapján.

Akku tervezése hibrid helyszínre

Az akku egy hibrid rendszerben több munkát végez, mint egy tisztán napelemes rendszerben, ezért méretezése külön figyelmet igényel.

Induljunk a legnagyobb várható hiányból. Hibrid helyszínen az akkumulátornek le kell fednie a termelés és a fogyasztás közötti rést a legrosszabb szél- és napsütéses kombináció idején. Ez gyakran két-tíz napos időszak, nem csupán egy éjszaka – ezért a hibrid off-grid akkumulátorok arányosan nagyobbak, mint a kizárólag napelemes rendszereké.

Ezután vegye figyelembe a szélgenerátor változékonyságát. Egy szélgenerátor kimenete percről percre ingadozik. Ha az akkumulátor túl kicsi, gyakori, sekély ciklusok keletkeznek, amelyek kevésbé károsítják az akkumulátort, mint a mélyciklusok, de mégis lerövidítik az élettartamát. Tapasztalati szabály, hogy legalább négy órányi átlagos fogyasztást kell pufferként biztosítani.

Ezután döntsön a generátorról. A legtöbb hibrid helyszín kis tartalék generátort tart fenn. Ha ilyen jelen van, az akkumulátor méretezhető két napra, nem négy napra, mivel a generátor lefedi a maradék igényt. Ha nincs ilyen, az akkumulátornak egyedül kell lefednie a legrosszabb esetet.

Végül ellenőrizze az akkumulátor töltési elfogadóképességét. A LiFePO4 akkumulátorbankok gyorsan fogadják a töltést, ami sokkal jobban illeszkedik egy szélkerék változó teljesítményéhez, mint a hagyományos ólom-savas akkumulátorok, amelyeknél a töltési elfogadóképesség élesen csökken a 80%-os töltöttségi szint felett. Hidrogén- és szélerőművek kombinációját üzemeltető telephelyeken ez a különbség önmagában is indokolhatja a LiFePO4 akkumulátorok magasabb árát.

GYIK

K: Jobb-e egy szél–napenergia hibrid rendszer, mint a napelemek plusz további akkumulátorok? Csak ott, ahol a szélviszony valóban erős, és jól kiegészíti a napenergiát. Egyébként a további napelemek és tárolókapacitás általában olcsóbb, és jóval kevesebb karbantartást igényel.

K: Mennyi szélre van szükségem? Egy telephelynek legalább kb. 5 m/s-os átlagos szélsebességet kell mutatnia a szélkerék tengelymagasságában, és az értéket mérési adatoknak kell alátámasztaniuk. Ennél alacsonyabb szélsebesség mellett a szélkerék ritkán térül meg.

K: Hozzáadható-e szélgenerátor egy meglévő napelemes rendszerhez? Gyakran igen, ha az inverter vagy vezérlő elfogad egy második bemenetet. Számos hibrid inverter ezt teszi; egyébként külön szélgenerátor-vezérlőt és leterhelő terhelést kell beépíteni.

K: Mennyi karbantartásra van szüksége egy kis szélgenerátornak? Legalább évenként egy ellenőrzés, csapágy- és lapát-ellenőrzéssel. A szélkerekek igényelnek több figyelmet, mint bármely más rendszerelem.

K: Működnek-e a szélkerekek városi területeken? Rosszul. Az épületek turbulenciát okoznak, ami csökkenti a teljesítményt, és gyorsítja a kopást. A városi szél általában nem hasznosítható erőforrás.

Hibrid helyszín értékelése? A Kinpower szél- és napelemes integrált rendszereket szállít – napelemes panelek, hibrid inverterek, szélcsatlakozások és LiFePO4 tárolók – egyetlen, egységesen kezelt rendszerként tervezve, egységes monitorozással. Tekintse meg a szél- és napenergia-integrációt vagy ismertesse az energia-megoldásokat .