Малки хибридни вятърно-соларни системи Проучванията за по-рационално използване на възобновяемите енергийни източници напоследък имат голямо развитие и дават забележителни резултати. Един от тях е хибридизацията на два неизчерпаеми източника на енергия (вятър и слънце) в малки вятърно-соларни електрически системи. Те имат сериозни предимства и не случайно се очаква в бъдеще да заемат достойно място в производството на електроенергия от възобновяеми източници.
текст Вела Динкова
Според много експерти в областта на възобновяемите енергийни източници малките хибридни електрически системи, комбиниращи в едно вятърните и слънчевите технологии, предлагат редица предимства в сравнение с единичните варианти на вятърни генератори и фотоволтаични (PV) соларни системи.
Основна концепция
В по-голямата част от Европа, включително и в България, климатът се характеризира с по-ниска скорост на вятъра през лятото, когато слънчевото греене е по-интензивно и по-дълготрайно, и обратно – вятърът е с по-висока скорост през зимата, когато интензитета и продължителността на слънчевото греене са доста по-малки. По аналогичен начин се изменят и метеорологичните условия през денонощието. Обикновено вятърът е по-интензивен през тъмната част на денонощието. Това означава, че оптимални условия за работата на вятърните и на соларните системи се създават в различни времена от денонощието и от годината. Ето защо хибридните вятърно-соларни системи използват оптималните условия на двете самостоятелни системи и по този начин са продуктивни през много по-голяма част от годината и от денонощието в сравнение с тях.
Структура и работа на вятърно-соларните системи
Типичната малка вятърно-соларна система съдържа слънчев и вятърен генератор, акумулаторна батерия и звено за кондициониране на захранването. Слънчевият фотоволтаичен генератор има определен брой паралелно свързани слънчеви модули в зависимост от нужното напрежение, включително защита на връзката с байпас диоди. Този елемент осигурява част от доставката на електрическа енергия, чрез преобразуване на слънчевата енергия. Вятърният генератор преобразува механичната енергия от вятъра в електрическа. За съхранение на енергията обикновено се използват оловни (Pb) акумулиращи батерии, а също така и никелово-кадмиеви (Ni-Cd) или никелово-железни (Ni-Fe). Но никелово-кадмиевите ще бъдат премахнати по силата на Директива на Европейския съюз за опасните вещества. Звеното за кондициониране на захранването включва контролер, който преобразува електрическата енергия в прав ток (DC електричество), с което се зареждат акумулаторните батерии, и инвертор, преобразуващ DC електричеството от акумулаторните батерии в променлив ток (AC 220V, 50Hz).
Много от малките хибридни системи са подходящи за самостоятелно захранване, т.е. не са свързани към системата за разпределение на електрическа енергия. За времето, когато нито вятърните генератори, нито фотоволтаиците произвеждат енергия (например в тиха нощ), повечето хибридни системи осигуряват мощност чрез акумулаторни батерии и/или двигател, генератор, задвижвани от конвенционални горива като дизел. Ако батериите се изтощят, генераторът ги презарежда. Добавянето на генератор с конвенционално гориво прави системата по-комплексна и независима. В същото време най-модерните варианти на системи от този род включват електронни контролери, които правят работата на системата автоматична. В допълнение, генераторът може да позволи намаляване капацитета на останалите компоненти от системата. А имайте също така предвид, че капацитета за съхранение на акумулатора трябва да е достатъчно голям, че да доставя електроенергия по всяко време. Батериите обикновено са с капацитет, осигуряващ електричество от 1 до 3 дни. Такава хибридна система използва комбинация от енергийни компоненти (вятър, слънце и резервен генератор), които осигуряват постоянен приток на непрекъсната мощност без да сте свързани с електропреносната мрежа. Вятърно-соларните хибридни системи също така позволят използването на по-малки и по-евтини компоненти, отколкото биха били необходими, ако системата зависи от само един източник на захранване.
Освен за самостоятелно захранване, малките хибридните системи могат да бъдат и за смесено захранване. При тях отново приоритетно се ползва енергията от възобновяемите източници. Когато по една или друга причина енергията в акумулаторните батерии се изчерпи, системата се превключва към захранване от електроразпределителната мрежа. Управлението става чрез контролери, които следят за разряда на акумулатора до минимум 10,8V, изключват акумулатора от инвертора и превключват на захранване от мрежата.
Хибридизацията гарантира, че ако някоя част от системата не работи (фотоволтаиците в облачни дни или вятърните генератори при тихо време) по една или друга причина, ще имате резервен вариант за производство на електроенергия. Трябва да отбележим, че вариантите за хибридизация на системите за производство на електроенергия от възобновяеми източници са няколко, като системи с два енергийни източника се наричат още бивалентни, а системи с повече от два източника – поливалентни или мултивалентни. Има фотоволтаични системи, комбинирани с работещ с пропан генератор, за зареждане на акумулаторни батерии в облачно време. Съществуват и хидро-соларни системи, при които електричество в мрачни дни се произвежда от водни потоци, задвижващи хидро-турбини. Други хибридни системи комбинират вятърни генератори с допълнителен генератор, работещ с дизел. Най-често избираната в практиката хибридна система обаче, е описаната по-горе вятърно-соларна система. Тя обединява предимствата на две технологии за получаване на енергия от възобновяеми източници. Сами по себе си слънчевата и вятърната система имат недостатъци – слънчевата не може да работи без слънце, а вятърната – без вятър. Когато са комбинирани в едно, тези слабости се преодоляват. Така зимният и нощният недостиг на производство на електроенергия от фотоволтаиците се допълват от работата на вятърни генератори. Конструктивните разработки при вятърните инсталации, предназначени за съвместна работа с фотоволтаици, са насочени към получаване на задоволителна производителност дори при невисоки скорости на вятъра. Освен това е добре да са с прозрачни лопати, за да не засенчват фотоволтаиците.
Правилен избор за оптимално ползване на предимствата
Преди изграждането на вятърно-соларна система с периодичен характер на енергийните източници и променлива консумация, насоки за избора на размери и капацитет на отделните компоненти трябва да бъдат получени чрез симулиране на работата на системата при местните условия. Основна цел на такава система е да се използва максимално делът на възобновяемите енергийни източници, но се вземат предвид и други фактори, включително финансова инвестиция, социални аспекти, местна инфраструктура и трайност. Постигането на пълна надеждност на хибридните енергийни системи захранвани само от възобновяеми източници изисква огромни усилия. Така че на този етап от развитие на технологиите, е по-разумно да се поставят по-скромни цели, като например включване към системата на някой конвенционален източник на енергия. Това може да е електропреносна мрежа или допълнителен генератор на конвенционално гориво за автономните системи. Така възобновяемите източници отговарят на средна консумация, а конвенционалната енергия се включва при пикова консумация, като така се гарантира надеждност и намаляване на общата инвестиция във вятърно-соларна система.
Предимствата на хибридните вятърно-соларни системи се изразяват в много аспекти. Модулният характер позволява в зависимост от нуждите да се изграждат различни по големина и капацитет системи (с различен брой слънчеви панели и вятърни турбини) – малки хибридни системи за еднофамилни къщи, вили, изолирани сеизмологични станции в океана и други малки консуматори, и по-големи хибридни системи за офис-сгради, хотели, малки селища, почивни комплекси, промишлени и военни обекти. Водещо предимство на тези системи е, че произвеждат „зелена” енергия - дават възможност да се комбинират два или повече възобновяеми енергийни източници. Технологиите са щадящи природата, особено по отношение на намаляване на емисиите на CO2. Цената на получената енергия може да бъде конкурентна на енергията от въглища, газ и АЕЦ, особено като се имат предвид бъдещите тенденции за по-високи разходи за задоволяване на нуждите от изкопаеми горива и ядрена енергия. Горивото (вятърна и слънчева енергия) е в изобилие, безплатно и неизчерпаемо. Разходите са предвидими и не се влияят от колебанията на цената на конвенционалните горива.05/04/2010 |
