Sisteme hibride de energie eoliană și solară: modul de funcționare și momentul potrivit pentru investiție

De ce să combinați energia eoliană și cea solară

Asistem hibrid de energie eoliană și solară funcționează deoarece cele două resurse sunt complementare, nu concurente.

• Solar atinge vârful la amiază, este foarte previzibilă pe plan sezonier și nu produce nimic noaptea.

• Vânt este adesea cea mai puternică seara, noaptea și iarna — exact când energia solară este cea mai slabă.

În locul potrivit, cele două surse se suprapun suficient pentru a netezi curba zilnică și sezonieră de generare, ceea ce reduce bateria necesară pentru a acoperi perioadele fără producție. Această reducere a stocării reprezintă partea principală a argumentului economic.

Complementaritatea este reală — dar specifică locației

Efectul de complementaritate nu este uniform. El depinde de tiparele locale ale vântului:

Concluzia onestă: un sistem hibrid eolian-fotovoltaic este potrivit doar pentru o minoritate de locații și nepotrivit pentru majoritatea. Efectuați o evaluare a resursei eoliene înainte de a lua o decizie — cel puțin douăsprezece luni de date și, ideal, un înregistrare modelată pe termen lung. Un mod frecvent de eșec constă în achiziționarea unei turbine pe baza unui lună neobișnuit de vântoasă.

Configurația sistemului

Asistem hibrid de generare electrică eolian-fotovoltaic de vânzare conține, de obicei:

Componentul critic este controllerul hibrid. Acesta trebuie să gestioneze două surse cu caracteristici de ieșire foarte diferite — CC relativ stabil al panourilor fotovoltaice și CA redresat, variabil, al turbinei. Controllerele ieftine gestionează una dintre surse eficient, dar cealaltă slab, ceea ce duce la subperformanță în sistemele hibride, fără ca nimeni să observe.

Logică de control

Un sistem bine proiectat prioritizează în această ordine:

• Satisfacerea sarcinii direct din sursa care generează în acel moment.

• Încărcați bateria cu excedentul.

• Reducere sau încărcare de evacuare excedent odată ce bateria este complet încărcată.

Turbina adaugă o complicație: nu poate fi pur și simplu oprită în vânt puternic fără protecție mecanică. Turbinele necesită, așadar, fie un mecanism de înfășurare (furling), fie o frână electrică, fie o sarcină de descărcare (dump load) dimensionată pentru puterea lor maximă. Aceasta este o necesitate inginerescă, nu o opțiune suplimentară — omiterea acesteia este cauza cea mai frecventă a defectării turbinelor.

Dimensionarea unui sistem hibrid eolian-fotovoltaic

O metodă reproductibilă:

• Cererea zilnică — ca pentru orice sistem off-grid, în kWh/zi.

• Contribuția solară — kW ai panourilor × orele de soare de vârf × 0,75.

• Contribuția eoliană — puterea nominală a turbinei × factorul de capacitate. Fiți conservator: turbinele de scară rezidențială ating în mod obișnuit factori de capacitate de 10–20 %, nu de 40 % sau mai mult, ca cele ale instalațiilor de producție la scară industrială.

• Echilibrul față de cerințe , apoi dimensionați bateria pentru autonomie.

• Adăugați o sursă de rezervă — majoritatea siturilor hibride izolate păstrează un generator mic pentru săptămâna calmă și înnorată pe care fiecare sit o întâlnește în cele din urmă.

Un control util al realismului: dacă contribuția eoliană este mai mică de aproximativ 20% din energia totală, costul și întreținerea turbinei rar justifică includerea acesteia. Aceeași sumă cheltuită pe panouri fotovoltaice și stocare este, de obicei, o investiție mai bună.

Unde este potrivit

• Situuri izolate la distanță — turnuri de telecomunicații, ferme, cabane insulare, stații de monitorizare la distanță, unde logistica combustibilului reprezintă costul dominant

• Locuințe de coastă și de munte fără conexiune la rețea

• Site-uri cu un dezechilibru puternic între iarnă și vară — unde energia solară singură necesită o baterie foarte mare pentru a acoperi perioada de iarnă

• Microrețele hibride care deservesc comunități mici

Unde este rar justificat: acoperișurile suburbane, site-urile cu o conexiune fiabilă la rețea și locațiile fără o resursă eoliană măsurată.

Costuri

Turbina este componenta scumpă și cea care determină necesitatea întreținerii. De aceea decizia trebuie luată pe baza resursei de vânt, nu a atracției exercitate de tehnologie.

Proiectarea bateriei pentru un site hibrid

Bateria dintr-un sistem hibrid are o sarcină mai mare decât într-un sistem pur fotovoltaic, iar dimensionarea ei necesită atenție.

Începeți cu cel mai lung deficit previzionat. Într-un sistem hibrid, bateria trebuie să acopere diferența dintre producție și consum în perioada cea mai nefavorabilă, caracterizată de vânt slab și soare slab. Aceasta este adesea o perioadă de două până la patru zile, nu doar o noapte — motiv pentru care bateriile hibride off-grid sunt proporțional mai mari decât cele destinate exclusiv energiei solare.

Apoi luați în considerare variabilitatea turbinei. Producția unei turbine variază de la minut la minut. O baterie prea mică va suferi ciclări frecvente, dar superficiale, care, deși sunt mai puțin dăunătoare decât ciclările profunde, scurtează totuși durata de viață. O regulă generală este să se asigure cel puțin patru ore de consum mediu ca rezervă.

Apoi decideți tipul generatorului. Majoritatea sistemelor hibride păstrează un generator de rezervă de dimensiuni mici. Dacă acesta este prezent, bateria poate fi dimensionată pentru două zile, nu pentru patru, deoarece generatorul acoperă perioadele extreme. În absența acestuia, bateria trebuie să acopere singură cazul cel mai defavorabil.

În final, confirmați capacitatea bateriei de a accepta încărcarea. Bateriile LiFePO4 acceptă încărcarea rapid, ceea ce le face mult mai potrivite pentru producția variabilă a unei turbine decât bateriile cu plumb-acid, ale căror capacități de acceptare scad brusc peste 80% din starea de încărcare. Pentru un sit hybrid, această diferență singură poate justifica prețul suplimentar al tehnologiei LFP.

Întrebări frecvente

Î: Este mai bine un sistem hibrid eolian-fotovoltaic decât unul fotovoltaic cu mai multe baterii? Doar acolo unde resursa eoliană este cu adevărat puternică și completează producția solară. În rest, instalarea suplimentară de panouri PV și stocare este, de obicei, mai ieftină și necesită întreținere mult mai redusă.

Î: Cât eolian am nevoie? Un sit trebuie să înregistreze o viteză medie minimă a vântului de aproximativ 5 m/s la înălțimea axului turbinei, cu un înregistrare măsurată care să susțină această estimare. Sub această valoare, turbina va genera rar suficientă energie pentru a-și amortiza costul.

Î: Pot adăuga eolian la un sistem solar existent? Adesea da, dacă invertorul sau regulatorul acceptă o a doua intrare. Mulți invertori hibrizi permit acest lucru; în caz contrar, se adaugă un regulator separat pentru turbină și o sarcină de descărcare.

Î: Ce întreținere necesită o turbină mică? Cel puțin o inspecție pe an, cu verificarea rulmenților și a palelor. Turbinele necesită o atenție mai mare decât orice altă componentă a sistemului.

Î: Funcționează turbinele în zonele urbane? Nu prea bine. Clădirile generează turbulențe care reduc producția și accelerează uzura. Vântul urban nu este, în general, o sursă viabilă de energie.

Evaluați un site hibrid? Kinpower furnizează sisteme integrate eolian-solare — panouri fotovoltaice, invertori hibrizi, interfețe eoliene și stocare LiFePO4 — proiectate ca un singur sistem gestionat, cu monitorizare unitară. Consultați integrarea eolian-solară sau explorați soluții energetice .