Солнечный трекер

Крупнейший проект одноосного трекера в Азии - 172 МВт - Arctech Solar

Фотоэлектрическая установка мощностью 8 мегаватт с горизонтальным одноосным трекером, Греция ^[1]

Двухосные солнечные трекеры Suntactics используются для небольших и средних ферм по производству солнечной энергии. Полезно для малых предприятий солнечной энергии и зарядки аккумуляторов.

Солнечный трекер является устройством , которое ориентирует полезную нагрузку в сторону Солнца . Payloads, как правило , солнечные батареи , параболические корыта , Френель отражатели , линза или же зеркало на более гелиостат .

В фотоэлектрических системах с плоскими панелями используются трекеры, чтобы минимизировать угол падения между падающим солнечным светом и фотоэлектрической панелью , иногда известный как косинусная ошибка . Уменьшение этого угла увеличивает количество энергии, вырабатываемой фиксированным объемом установленной генерирующей мощности. В стандартных фотоэлектрических приложениях в 2008–2009 годах прогнозировалось, что трекеры можно будет использовать по крайней мере в 85% коммерческих установок мощностью более одного мегаватта с 2009 по 2012 год. ^{[2] [3]}

По мере того, как цена, надежность и производительность одноосевых трекеров улучшились, системы устанавливались в все больший процент проектов коммунального масштаба. Согласно данным WoodMackenzie / GTM Research, мировые поставки солнечных трекеров достигли рекордных 14,5 гигаватт в 2017 году. Это представляет собой рост на 32 процента по сравнению с прошлым годом, с аналогичным или большим ростом, прогнозируемым по мере ускорения масштабного развертывания солнечных батарей. ^[4]

В приложениях с концентраторами фотоэлектрических систем (CPV) и концентрированной солнечной энергии (CSP) трекеры используются для включения оптических компонентов в системах CPV и CSP. Оптика в системах с концентрированным солнечным излучением принимает прямой компонент солнечного света и поэтому должна быть соответствующим образом ориентирована для сбора энергии. Системы слежения используются во всех концентраторах, поскольку такие системы собирают солнечную энергию с максимальной эффективностью, когда оптическая ось совмещена с падающим солнечным излучением. ^{[5] [6]}

Основная концепция [ править ]

Солнечный свет состоит из двух компонентов: «прямой луч», несущий около 90% солнечной энергии ^{[7] [8],} и «рассеянный солнечный свет», несущий остальную часть - рассеянная часть - это голубое небо в ясный день, и составляет большую долю от общего количества в пасмурные дни. Поскольку большая часть энергии находится в прямом луче, максимальный сбор требует, чтобы Солнце было видимым для панелей как можно дольше. Однако в более облачные дни соотношение прямого и рассеянного света может составлять всего 60:40 или даже меньше.

Энергия, вносимая прямым лучом, уменьшается вместе с косинусом угла между падающим светом и панелью. Кроме того, коэффициент отражения (усредненный по всем поляризациям ) примерно постоянен для углов падения примерно до 50 °, при превышении которых коэффициент отражения быстро ухудшается. ^[9]

Например, трекеры с точностью ± 5 ° могут передавать более 99,6% энергии прямого луча плюс 100% рассеянного света. В результате высокоточное отслеживание обычно не используется в приложениях, не связанных с концентрацией фотоэлектрических модулей.

Механизм слежения предназначен для отслеживания движения Солнца по небу. В следующих разделах, в которых каждый из основных факторов описывается немного более подробно, сложный путь Солнца упрощается путем рассмотрения его ежедневного движения с востока на запад отдельно от его годового изменения с севера на юг в зависимости от времени года. .

Солнечная энергия перехвачена [ править ]

Количество солнечной энергии, доступной для сбора от прямого луча, - это количество света, перехваченного панелью. Это определяется как площадь панели, умноженная на косинус угла падения прямого луча (см. Иллюстрацию выше). Другими словами, перехваченная энергия эквивалентна площади тени, отбрасываемой панелью на поверхность, перпендикулярную прямому лучу.

Эта косинусная связь очень тесно связана с наблюдением, формализованным в 1760 году законом косинуса Ламберта . Это описывает, что наблюдаемая яркость объекта пропорциональна косинусу угла падения света, освещающего его.

Отражающие потери [ править ]

Не весь перехваченный свет проходит в панель - немного отражается от ее поверхности. На количество отраженных лучей влияют как показатель преломления материала поверхности, так и угол падения падающего света. Отраженное количество также различается в зависимости от поляризации падающего света. Входящий солнечный свет представляет собой смесь всех поляризаций. При усреднении по всем поляризациям отражательные потери примерно постоянны до углов падения примерно до 50 °, за которыми они быстро ухудшаются. См., Например, левый график.

Ежедневное движение Солнца с востока на запад [ править ]

Солнце движется на 360 градусов с востока на запад за день, но с точки зрения любого фиксированного местоположения видимая часть составляет 180 градусов в течение среднего периода 1/2 дня (больше весной и летом; меньше осенью и зимой). Эффекты местного горизонта несколько уменьшают это, делая эффективное движение около 150 градусов. Солнечная панель в фиксированной ориентации между рассветом и закатом будет перемещаться на 75 градусов в обе стороны и, таким образом, согласно приведенной выше таблице, потеряет более 75% энергии утром и вечером. Поворот панелей на восток и запад может помочь вернуть эти потери. Трекер, который пытается только компенсировать движение Солнца с востока на запад, известен как одноосный трекер.

Сезонное движение Солнца с севера на юг [ править ]

Из-за наклона оси Земли Солнце также перемещается на 46 градусов к северу и югу в течение года. Тот же набор панелей, установленных в середине между двумя локальными крайностями, таким образом, будет видеть, как Солнце перемещается на 23 градуса в обе стороны. Таким образом, согласно приведенной выше таблице, оптимально выровненный одноосный трекер (см. Полярный трекер ниже) потеряет только 8,3% в летние и зимние сезонные экстремумы, или около 5% в среднем за год. И наоборот, одноосный трекер с вертикальной или горизонтальной ориентацией потеряет значительно больше в результате этих сезонных изменений в пути Солнца. Например, вертикальный трекер на участке с широтой 60 ° будет терять до 40% доступной энергии летом, а горизонтальный трекер, расположенный на широте 25 °, потеряет до 33% зимой.

Трекер, который учитывает как дневные, так и сезонные движения, известен как двухкоординатный трекер. Вообще говоря, потери из-за сезонных изменений угла усугубляются изменениями продолжительности дня, что приводит к увеличению сбора летом в северных или южных широтах. Это смещает сбор в сторону лета, поэтому, если панели наклонены ближе к средним летним углам, общие годовые потери уменьшаются по сравнению с системой, наклоненной под углом весеннего / осеннего равноденствия (который совпадает с широтой участка).

В отрасли ведутся серьезные споры о том, оправдывает ли небольшая разница в ежегодном сборе одноосных и двухосных трекеров дополнительную сложность двухосного трекера. Недавний обзор фактической производственной статистики из южного Онтарио показал, что разница в целом составила около 4%, что намного меньше дополнительных затрат на двухосные системы. Это невыгодно по сравнению с увеличением на 24-32% между фиксированным массивом и одноосным трекером. ^{[13] [14]}

Другие факторы [ править ]

Облака [ править ]

Вышеупомянутые модели предполагают одинаковую вероятность облачности в разное время дня или года. В разных климатических зонах облачный покров может меняться в зависимости от сезона, что влияет на усредненные показатели производительности, описанные выше. В качестве альтернативы, например, в районе, где облачный покров в среднем накапливается в течение дня, сбор утреннего солнца может быть особенно полезен.

Атмосфера [ править ]

Расстояние, которое солнечный свет должен пройти через атмосферу, увеличивается по мере приближения солнца к горизонту, поскольку солнечный свет должен проходить через атмосферу по диагонали. По мере увеличения длины пути через атмосферу интенсивность солнечного излучения, достигающего коллектора, уменьшается. Эта увеличивающаяся длина пути называется воздушной массой (AM) или коэффициентом воздушной массы , где AM0 находится в верхней части атмосферы, AM1 относится к прямому вертикальному пути вниз до уровня моря с Солнцем над головой, а AM больше 1 относится к диагональным путям по мере приближения Солнца к горизонту.

Несмотря на то, что рано утром или в зимние месяцы солнце может быть не особенно жарким, диагональный путь через атмосферу оказывает меньшее, чем ожидалось, влияние на интенсивность солнечного излучения. Даже когда солнце находится всего на 15 ° над горизонтом, солнечная интенсивность может составлять около 60% от его максимального значения, около 50% при 10 ° и 25% только на 5 ° над горизонтом. ^[15] Следовательно, если трекеры могут следовать за Солнцем от горизонта до горизонта, то их солнечные панели могут собирать значительное количество энергии.

Эффективность солнечных батарей [ править ]

Конечно, основная эффективность преобразования энергии фотоэлектрического элемента имеет большое влияние на конечный результат, независимо от того, используется ли отслеживание или нет. Особое значение для преимуществ отслеживания имеют следующее:

Молекулярная структура [ править ]

Большое количество исследований направлено на разработку поверхностных материалов, которые направляют максимальное количество энергии в ячейку и минимизируют отражательные потери.

Температура [ править ]

Эффективность фотоэлектрических солнечных элементов снижается с повышением температуры примерно на 0,4% / ° C. ^[16] Например, эффективность на 20% выше при 10 ° C ранним утром или зимой по сравнению с 60 ° C в жару днем ​​или летом. Следовательно, трекеры могут принести дополнительную пользу, собирая энергию ранним утром и зимой, когда элементы работают с максимальной эффективностью.

Резюме [ править ]

Трекеры для концентрирующих коллекторов должны использовать высокоточное отслеживание, чтобы коллектор оставался в точке фокусировки.

Трекеры для неконцентрирующих плоских панелей не нуждаются в высокоточном отслеживании:

• низкие потери мощности: потери менее 10% даже при смещении на 25 °
• отражательная способность сохраняется даже при смещении около 50 °
• рассеянный солнечный свет составляет 10% независимо от ориентации, и большую долю в пасмурные дни

Преимущества отслеживания неконцентрирующих плоских коллекторов вытекают из следующего:

• потери мощности быстро ухудшаются после отклонения примерно на 30 °
• значительная мощность доступна даже тогда, когда Солнце находится очень близко к горизонту, например, около 60% полной мощности при 15 ° над горизонтом, около 50% при 10 ° и даже 25% только при 5 ° над горизонтом - в частности актуальность в высоких широтах и ​​/ или в зимние месяцы
• фотоэлектрические панели примерно на 20% эффективнее в прохладе раннего утра по сравнению с дневным зноем; Точно так же они более эффективны зимой, чем летом, и для эффективного захвата раннего утреннего и зимнего солнца требуется отслеживание.

Типы солнечных коллекторов [ править ]

Солнечные коллекторы могут быть:

• неконцентрирующие плоские панели, обычно фотоэлектрические или водогрейные,
• концентрирующие системы различных типов.

Системы крепления солнечных коллекторов могут быть фиксированными (выровненными вручную) или отслеживаемыми. Различные типы солнечных коллекторов и их расположение ( широта ) требуют разных типов механизмов слежения. Системы слежения могут быть настроены как:

• Неподвижный коллектор / движущееся зеркало - например, гелиостат
• Движущийся коллектор

Фиксированное крепление без отслеживания [ править ]

Жилые и небольшие коммерческие или промышленные солнечные панели на крышах и панели солнечных водонагревателей обычно фиксируются, часто заподлицо, на скатной крыше с соответствующей облицовкой. Преимущества фиксированных креплений перед трекерами:

• Механические преимущества: простота изготовления, меньшие затраты на установку и обслуживание.
• Ветровая нагрузка : проще и дешевле обеспечить прочное крепление; все крепления, кроме фиксированных панелей скрытого монтажа, должны быть тщательно спроектированы с учетом ветровой нагрузки из-за большей подверженности.
• Непрямой свет : примерно 10% ^{[7] [8]} падающего солнечного излучения составляет рассеянный свет, доступный под любым углом несовпадения с Солнцем.
• Устойчивость к смещению : эффективная площадь сбора плоской панели относительно нечувствительна к довольно высоким уровням смещения относительно Солнца - см. Таблицу и диаграмму в разделе Базовая концепция выше - например, даже смещение на 25 ° снижает прямую солнечную энергию, собираемую в меньшую сторону. чем на 10%.

Фиксированные крепления обычно используются в сочетании с неконцентрирующими системами, однако важным классом концентрирующих коллекторов без отслеживания, представляющих особую ценность в третьем мире, являются портативные солнечные плиты . Они используют относительно низкие уровни концентрации, обычно от 2 до 8 Солнц, и выравниваются вручную.

Трекеры [ править ]

Несмотря на то, что фиксированная плоская панель может быть настроена на сбор большой доли доступной энергии в полдень, значительная мощность также доступна рано утром и поздно днем ^[15], когда несоосность с фиксированной панелью становится чрезмерной для сбора разумной энергии. доля доступной энергии. Например, даже когда Солнце находится всего на 10 ° над горизонтом, доступная энергия может составлять примерно половину уровней энергии в полдень (или даже больше, в зависимости от широты, сезона и атмосферных условий).

Таким образом, основное преимущество системы слежения состоит в том, чтобы собирать солнечную энергию в течение самого длительного периода дня и с наиболее точным выравниванием по мере того, как положение Солнца меняется в зависимости от времени года.

Кроме того, чем выше уровень концентрации, тем более важным становится точное отслеживание, потому что доля энергии, полученной от прямого излучения, выше, а область, в которой сосредоточена энергия, становится меньше.

Неподвижный коллектор / движущееся зеркало [ править ]

Многие коллекторы нельзя перемещать, например высокотемпературные коллекторы, в которых энергия рекуперируется в виде горячей жидкости или газа (например, пара). Другие примеры включают прямое отопление и освещение зданий и стационарные встроенные солнечные плиты, такие как отражатели Шеффлера . В таких случаях необходимо использовать движущееся зеркало, чтобы независимо от того, где находится Солнце на небе, солнечные лучи перенаправлялись на коллектор.

Из-за сложного движения Солнца по небу и уровня точности, необходимого для правильного наведения солнечных лучей на цель, в зеркале гелиостата обычно используется система слежения за двумя осями, по крайней мере, с одной механизированной осью. В разных применениях зеркала могут быть плоскими или вогнутыми.

Движущийся коллектор [ править ]

Трекеры можно сгруппировать в классы по количеству и ориентации осей трекера. По сравнению с фиксированным креплением одноосный трекер увеличивает годовой объем производства примерно на 30%, а двухосный трекер - на дополнительные 10-20%. ^{[17] [18]}

Фотоэлектрические трекеры можно разделить на два типа: стандартные фотоэлектрические (PV) трекеры и концентрированные фотоэлектрические трекеры (CPV). Каждый из этих типов трекеров может быть дополнительно разделен на категории по количеству и ориентации их осей, их архитектуре срабатывания и типу привода, их предполагаемому применению, их вертикальным опорам и фундаменту.

Плавающее крепление [ править ]

Плавучие острова солнечных панелей устанавливаются на водохранилищах и озерах в Нидерландах, Китае, Великобритании и Японии. Система слежения за солнцем, контролирующая направление панелей, работает автоматически в зависимости от времени года, меняя положение с помощью веревок, прикрепленных к буям . ^[19]

Плавающее наземное крепление [ править ]

Солнечные трекеры могут быть построены с использованием «плавающего» фундамента, который находится на земле, без необходимости строительства бетонных фундаментов. Вместо того, чтобы размещать трекер на бетонном основании, трекер помещают на гравийный поддон, который можно заполнить различными материалами, такими как песок или гравий, чтобы закрепить трекер на земле. Эти «плавающие» трекеры могут выдерживать ту же ветровую нагрузку, что и традиционные стационарные трекеры. Использование плавучих трекеров увеличивает количество потенциальных площадок для коммерческих солнечных проектов, поскольку они могут быть размещены на закрытых свалках или в районах, где выкопанные фундаменты невозможны.

Оптическое слежение без движения [ править ]

Солнечные трекеры могут быть построены без необходимости в механическом оборудовании для отслеживания. Это называется оптическим слежением без движения. За последние несколько десятилетий в этой технологии произошел ряд улучшений. Renkube разработал стеклянную конструкцию для перенаправления света с использованием технологии оптического слежения без движения.

Неконцентрирующие фотоэлектрические (PV) трекеры [ править ]

Фотоэлектрические панели принимают как прямой, так и рассеянный свет с неба. Панели стандартных фотоэлектрических трекеров собирают как прямой, так и рассеянный свет. Функция отслеживания в стандартных фотоэлектрических трекерах используется для минимизации угла падения между падающим светом и фотоэлектрической панелью. Это увеличивает количество энергии, собираемой из прямого компонента входящего солнечного света.

Физика стандартных фотоэлектрических трекеров работает со всеми стандартными технологиями фотоэлектрических модулей. К ним относятся все типы кристаллических кремниевых панелей ( моно-Si или мульти-Si ) и все типы тонкопленочных панелей (аморфный кремний, CdTe, CIGS, микрокристаллический).

Концентраторы фотоэлектрические (CPV) трекеры [ править ]

Оптика в модулях CPV принимает прямую составляющую падающего света и, следовательно, должна быть ориентирована соответствующим образом, чтобы максимизировать собираемую энергию. В приложениях с низкой концентрацией также может улавливаться часть рассеянного света от неба. Функция отслеживания в модулях CPV используется для ориентации оптики таким образом, чтобы входящий свет фокусировался на фотоэлектрический коллектор.

Модули CPV, которые концентрируются в одном измерении, должны отслеживаться перпендикулярно Солнцу по одной оси. Модули CPV, которые концентрируются в двух измерениях, должны отслеживаться перпендикулярно Солнцу по двум осям.

Требования к точности

Физика, лежащая в основе оптики CPV, требует, чтобы точность слежения увеличивалась по мере увеличения коэффициента концентрации систем. Однако для данной концентрации оптика без визуализации обеспечивает максимально широкие углы приема , которые можно использовать для снижения точности отслеживания. ^{[22] [23]}

В типичных системах с высокой концентрацией точность отслеживания должна находиться в диапазоне ± 0,1 °, чтобы обеспечить примерно 90% номинальной выходной мощности. В системах с низкой концентрацией точность отслеживания должна находиться в диапазоне ± 2,0 °, чтобы обеспечить 90% номинальной выходной мощности. В результате типичны системы слежения с высокой точностью.

Поддерживаемые технологии

Концентрированные фотоэлектрические трекеры используются с концентраторами на основе рефракции и отражения. В этих системах используется ряд новых технологий фотоэлектрических элементов. Они варьируются от обычных фотоэлектрических приемников на основе кристаллического кремния до приемников с тройным переходом на основе германия .

Одноосные трекеры [ править ]

Одноосные трекеры имеют одну степень свободы, которая действует как ось вращения . Ось вращения одноосных трекеров обычно выровнена по истинному северному меридиану. Их можно выровнять по любому кардинальному направлению с помощью передовых алгоритмов слежения. Существует несколько распространенных реализаций одноосных трекеров. К ним относятся горизонтальные одноосные трекеры (HSAT), горизонтальные одноосные трекеры с наклонными модулями (HTSAT), вертикальные одноосные трекеры (VSAT), наклонные одноосные трекеры (TSAT) и одноосные трекеры с полярным выравниванием (PSAT). Ориентация модуля относительно оси трекера важна при моделировании производительности.

По горизонтали [ править ]

Горизонтальный одноосный трекер (HSAT)

Ось вращения горизонтального одноосного трекера расположена горизонтально по отношению к земле. Стойки на обоих концах оси вращения горизонтального одноосного трекера могут быть разделены между трекерами, чтобы снизить стоимость установки. Этот тип солнечного трекера наиболее подходит для регионов низких широт. Макеты полей с горизонтальными одноосевыми трекерами очень гибкие. Простая геометрия означает, что сохранение всех осей вращения параллельно друг другу - это все, что требуется для правильного позиционирования трекеров относительно друг друга. Соответствующий интервал может максимизировать отношение производства энергии к стоимости, это зависит от местного ландшафта и условий затенения, а также от значения производимой энергии для времени суток. Возвратэто одно из средств расчета расположения панелей. Горизонтальные трекеры обычно имеют лицевую сторону модуля, ориентированную параллельно оси вращения. По мере того, как модуль отслеживает, он перемещает цилиндр, симметричный относительно оси вращения. В одноосных горизонтальных трекерах длинная горизонтальная труба поддерживается подшипниками, установленными на пилонах или рамах. Ось трубы проходит по линии север-юг. Панели установлены на трубе, и труба будет вращаться вокруг своей оси, чтобы отслеживать видимое движение Солнца в течение дня.

Горизонтальный одноосный трекер с наклонными модулями (HTSAT)

В HSAT модули устанавливаются под углом 0 градусов, а в HTSAT модули устанавливаются под определенным наклоном. Он работает по тому же принципу, что и HSAT, удерживая ось трубки горизонтально на линии север-юг и вращая солнечные модули с востока на запад в течение дня. Эти трекеры обычно подходят для работы в высоких широтах, но не занимают столько места на суше, сколько занимает вертикальный одноосный трекер (VSAT). Таким образом, он приносит преимущества VSAT в горизонтальный трекер и сводит к минимуму общую стоимость солнечного проекта. ^{[25] [26]}

Вертикальный [ править ]

Вертикальный одноосный трекер (VSAT)

Ось вращения вертикальных одноосных трекеров вертикальна относительно земли. Эти трекеры вращаются с востока на запад в течение дня. Такие трекеры более эффективны в высоких широтах, чем трекеры с горизонтальной осью. При планировке полей необходимо учитывать затенение, чтобы избежать ненужных потерь энергии и оптимизировать использование земли. Также оптимизация для плотной упаковки ограничена из-за характера затемнения в течение года. Вертикальные одноосные трекеры обычно имеют лицевую сторону модуля, ориентированную под углом по отношению к оси вращения. Когда модуль отслеживает, он перемещает конус, симметричный относительно оси вращения.

Наклонено [ править ]

Наклонный одноосевой трекер (TSAT)

Все трекеры с осями вращения между горизонтальной и вертикальной считаются наклонными одноосными трекерами. Углы наклона трекера часто ограничиваются, чтобы уменьшить профиль ветра и уменьшить высоту приподнятого конца. Благодаря функции обратного отслеживания они могут быть упакованы без штриховки перпендикулярно их оси вращения при любой плотности. Однако упаковка, параллельная их осям вращения, ограничена углом наклона и широтой. Наклонные одноосные трекеры обычно имеют лицевую сторону модуля, ориентированную параллельно оси вращения. По мере того, как модуль отслеживает, он перемещает цилиндр, симметричный относительно оси вращения.

Двухосные трекеры [ править ]

Двухосные трекеры имеют две степени свободы, которые действуют как оси вращения. Эти оси обычно перпендикулярны друг другу. Ось, которая закреплена относительно земли, может считаться первичной осью. Ось, относящаяся к первичной оси, может считаться вторичной осью. Существует несколько распространенных реализаций двухкоординатных трекеров. Они классифицируются по ориентации их основных осей по отношению к земле. Двумя распространенными реализациями являются двухкоординатные трекеры с наклонной головкой (TTDAT) и двухосные трекеры азимут-высота (AADAT). Ориентация модуля относительно оси трекера важна при моделировании производительности. Двухосные трекеры обычно имеют модули, ориентированные параллельно вторичной оси вращения.Двухосные трекеры обеспечивают оптимальный уровень солнечной энергии благодаря их способности следовать за Солнцем по вертикали и горизонтали. Независимо от того, где находится Солнце на небе, двухкоординатные трекеры могут наклоняться, чтобы находиться в прямом контакте с Солнцем.

Наклон – наклон [ править ]

Двухкоординатный трекер (TTDAT) назван так потому, что массив панелей установлен на вершине опоры. Обычно движение с востока на запад вызывается вращением массива вокруг вершины вехи. Поверх вращающегося подшипника расположен Т- или Н-образный механизм, который обеспечивает вертикальное вращение панелей и обеспечивает основные точки крепления массива. Стойки на обоих концах главной оси вращения двухосного трекера с наклонно-поворотным механизмом можно использовать совместно с трекерами для снижения затрат на установку.

Другие такие трекеры TTDAT имеют горизонтальную первичную ось и зависимую ортогональную ось. Вертикальная азимутальная ось фиксирована. Это обеспечивает большую гибкость подключения полезной нагрузки к наземному оборудованию, поскольку кабели не перекручиваются вокруг опоры.

Компоновки полей с двухосными трекерами наклона и наклона очень гибкие. Простая геометрия означает, что сохранение осей вращения параллельно друг другу - это все, что требуется для правильного позиционирования трекеров относительно друг друга. Обычно трекеры должны быть расположены с довольно низкой плотностью, чтобы один трекер не отбрасывал тень на другие, когда Солнце находится низко в небе. Трекеры наклона наклона могут компенсировать это, наклоняясь ближе к горизонтали, чтобы минимизировать затенение от восходящего солнца и, следовательно, максимизировать общую собираемую мощность. ^[28]

Оси вращения многих трекеров с двумя осями наклона наконечника обычно выровнены либо вдоль истинного северного меридиана, либо вдоль линии восточно-западной широты.

Учитывая уникальные возможности конфигурации Tip-Tilt и соответствующий контроллер, полностью автоматическое отслеживание возможно для использования на портативных платформах. Ориентация трекера не имеет значения и может быть размещена по мере необходимости. ^[29]

Азимут-высота [ править ]

Азимут-высота (или альт-азимут) двухосевой трекер (AADAT) имеет свою главную ось (ось азимута) вертикально к земле. Вторичная ось, часто называемая осью возвышения, обычно перпендикулярна главной оси. Они похожи на системы наклона наконечника в действии, но отличаются способом поворота массива для ежедневного отслеживания. Вместо того, чтобы вращать массив вокруг вершины столба, системы AADAT могут использовать большое кольцо, установленное на земле, с массивом, установленным на серии роликов. Основным преимуществом такой компоновки является то, что вес массива распределяется по части кольца, в отличие от единственной точки нагрузки полюса в TTDAT. Это позволяет AADAT поддерживать гораздо большие массивы. Однако, в отличие от TTDAT, систему AADAT нельзя размещать ближе друг к другу, чем диаметр кольца, что может снизить плотность системы.особенно с учетом межтрекерного затенения.

Строительство и (самостоятельное) строительство [ править ]

Как будет описано ниже, экономичный баланс между стоимостью панели и трекера нетривиален. Резкое падение стоимости солнечных панелей в начале 2010-х годов усложнило поиск разумного решения. Как видно из прикрепленных медиафайлов, в большинстве конструкций используются промышленные и / или тяжелые материалы, непригодные для небольших или ремесленных мастерских. Даже в коммерческих предложениях могут быть весьма неподходящие решения (большой камень) для стабилизации. Для небольшого строительства (любитель / энтузиаст) должны соблюдаться следующие критерии: экономичность, устойчивость конечного продукта к стихийным бедствиям, простота обращения с материалами и столярными изделиями. ^[30]

Выбор типа трекера [ править ]

Выбор типа трекера зависит от многих факторов, включая размер установки, тарифы на электроэнергию, государственные стимулы, земельные ограничения, широту и местную погоду.

Горизонтальные одноосные трекеры обычно используются для крупных проектов распределенной генерации и коммунальных услуг. Комбинация улучшения энергопотребления и более низкой стоимости продукта и более низкой сложности установки приводит к привлекательной экономике при крупномасштабном развертывании. Кроме того, высокая производительность после обеда особенно желательна для крупных фотоэлектрических систем, подключенных к сети, так что производительность будет соответствовать времени пикового спроса. Горизонтальные одноосные трекеры также значительно повышают производительность в весенне-летние сезоны, когда Солнце находится высоко в небе. Присущая им прочность несущей конструкции и простота механизма также обеспечивают высокую надежность, что снижает затраты на техническое обслуживание. Поскольку панели горизонтальные,они могут быть компактно размещены на осевой трубе без опасности самозатенения, а также легко доступны для очистки.

Трекер с вертикальной осью поворачивается только вокруг вертикальной оси, при этом панели могут быть вертикальными, с фиксированным, регулируемым или отслеживаемым углом возвышения. Такие трекеры с фиксированными или (сезонно) регулируемыми углами подходят для высоких широт, где видимый путь Солнца не особенно велик, но приводит к долгим летним дням, когда Солнце движется по длинной дуге.

Двухосные трекеры обычно используются в небольших жилых помещениях и в местах с очень высокими государственными тарифами.

Мультизеркальный концентрирующий ПВ [ править ]

В этом устройстве используется несколько зеркал в горизонтальной плоскости для отражения солнечного света вверх к высокотемпературной фотоэлектрической или другой системе, требующей концентрированной солнечной энергии. Структурные проблемы и затраты значительно снижаются, поскольку зеркала не подвергаются значительным ветровым нагрузкам. Благодаря использованию запатентованного механизма для каждого устройства требуется только две приводные системы. Из-за конфигурации устройства он особенно подходит для использования на плоских крышах и в более низких широтах. Каждый проиллюстрированный блок вырабатывает приблизительно 200 пиковых ватт постоянного тока.

Система отражения с несколькими зеркалами в сочетании с центральной силовой вышкой используется в Sierra SunTower , расположенной в Ланкастере, Калифорния. Эта генерирующая установка, управляемая eSolar , должна начать работу 5 августа 2009 года. В этой системе, в которой используются несколько гелиостатов по линии север-юг, используются сборные детали и конструкция как способ снижения пусковых и эксплуатационных затрат.

Типы дисков [ править ]

Активный трекер [ править ]

Активные трекеры используют двигатели и зубчатые передачи для отслеживания солнечной активности. Они могут использовать микропроцессоры и датчики, алгоритмы на основе даты и времени или их комбинацию для определения положения солнца. Для контроля и управления движением этих массивных конструкций разработаны специальные поворотные приводы, которые проходят тщательные испытания. Технологии, используемые для управления трекером, постоянно развиваются, и недавние разработки в Google и Eternegy включают использование тросов и лебедок для замены некоторых из более дорогих и более хрупких компонентов. ^{[ необходима цитата ]}

Поворотные приводы встречного вращения с опорой с фиксированным углом могут применяться для создания "многоосного" метода слежения, который исключает вращение относительно продольного выравнивания. Этот метод, если его разместить на колонне или столбе, будет генерировать больше электроэнергии, чем фиксированные фотоэлектрические системы, и его фотоэлектрическая матрица никогда не перейдет в полосу движения парковки. Это также обеспечит максимальную выработку солнечной энергии практически при любой ориентации полосы / ряда парковки, включая круговую или криволинейную.

Активные двухосные трекеры также используются для ориентации гелиостатов - подвижных зеркал, отражающих солнечный свет в сторону поглотителя центральной электростанции . Поскольку каждое зеркало в большом поле будет иметь индивидуальную ориентацию, они управляются программно через центральную компьютерную систему, которая также позволяет отключать систему при необходимости.

Светочувствительные трекеры обычно имеют два или более фотодатчика , таких как фотодиоды , настроенных по-разному, так что они выводят ноль при получении одного и того же светового потока. С механической точки зрения они должны быть всенаправленными (т. Е. Плоскими) и направлены на 90 градусов друг от друга. Это приведет к тому, что самая крутая часть их передаточных функций косинуса будет сбалансирована в самой крутой части, что приведет к максимальной чувствительности. Дополнительные сведения о контроллерах см. В разделе « Активное дневное освещение» .

Поскольку двигатели потребляют энергию, их нужно использовать только по мере необходимости. Таким образом, вместо непрерывного движения гелиостат перемещается дискретными шагами. Кроме того, если уровень освещенности ниже некоторого порога, генерируемой мощности будет недостаточно, чтобы потребовать переориентации. Это также верно, когда нет достаточной разницы в уровне освещенности от одного направления к другому, например, когда облака проходят над головой. Необходимо принять меры, чтобы трекер не тратил энергию впустую в пасмурные периоды.

Пассивный трекер [ править ]

Самые распространенные пассивные трекерыиспользуйте сжатый газовый флюид с низкой температурой кипения, который движется в одну или другую сторону (солнечное тепло создает давление газа), чтобы заставить трекер двигаться в ответ на дисбаланс. Поскольку это неточная ориентация, она не подходит для некоторых типов концентрирующих фотоэлектрических коллекторов, но отлично работает для обычных типов фотоэлектрических панелей. Они будут иметь вязкие демпферы для предотвращения чрезмерного движения в ответ на порывы ветра. Шейдеры / отражатели используются для отражения раннего утреннего солнечного света, чтобы «разбудить» панель и наклонить ее к солнцу, что может занять несколько часов в зависимости от условий затенения. Время, необходимое для этого, можно значительно сократить, добавив самораспускающуюся стяжку, которая помещает панель немного выше зенита (чтобы жидкость не преодолевала гравитацию), и используя стяжку вечером.(Ослабленная пружина предотвратит выпуск в ветреную ночную погоду.)

В недавно появившемся типе пассивного трекера для фотоэлектрических солнечных панелей используется голограмма за полосами фотоэлектрических элементов, так что солнечный свет проходит через прозрачную часть модуля и отражается на голограмме. Это позволяет солнечному свету попадать на ячейку сзади, тем самым повышая эффективность модуля. Кроме того, панель не должна перемещаться, поскольку голограмма всегда отражает солнечный свет под правильным углом к ​​ячейкам.

Ручное отслеживание [ править ]

В некоторых развивающихся странах диски были заменены операторами, которые настраивают трекеры. Это имеет такие преимущества, как надежность, наличие персонала для обслуживания и создание рабочих мест для населения, проживающего поблизости от участка.

Вращающиеся здания [ править ]

Во Фрайбурге-им-Брайсгау, Германия, Рольф Диш построил Heliotrop в 1996 году, жилое здание, которое вращается вместе с солнцем и имеет дополнительный двухосный фотоэлектрический парус на крыше. Он производит в четыре раза больше энергии, чем потребляет здание.

Дом Близнецов - уникальный пример трекера вертикальной оси. Этот цилиндрический дом в Австрии (широта выше 45 градусов северной широты ) полностью вращается, отслеживая Солнце, с вертикальными солнечными панелями, установленными на одной стороне здания, вращающимися независимо, что позволяет контролировать естественный нагрев от Солнца.

ReVolt House - это вращающийся плавучий дом, спроектированный студентами Делфтского университета для соревнований Solar Decathlon Europe в Мадриде . Дом был завершен в сентябре 2012 года. Непрозрачный фасад летом поворачивается к солнцу, чтобы не нагревать интерьер. Зимой стеклянный фасад обращен к солнцу для пассивного солнечного обогрева дома. Поскольку дом плавает по воде без трения, его вращение не требует много энергии. ^[31]

Недостатки [ править ]

Трекеры увеличивают стоимость и обслуживание системы - если они добавляют 25% к стоимости и улучшают производительность на 25%, ту же производительность можно получить, увеличив систему на 25%, исключив дополнительное обслуживание. ^[33]В прошлом отслеживание было очень рентабельным, когда фотоэлектрические модули были дорогими по сравнению с сегодняшним днем. Поскольку они были дорогими, было важно использовать отслеживание, чтобы минимизировать количество панелей, используемых в системе с заданной выходной мощностью. Но по мере того, как панели становятся дешевле, рентабельность отслеживания по сравнению с использованием большего количества панелей снижается. Однако в автономных установках, где батареи накапливают энергию для использования в ночное время, система слежения сокращает количество часов, в течение которых используется накопленная энергия, что требует меньшей емкости батареи. Поскольку сами батареи дороги (либо традиционные свинцово-кислотные стационарные элементы, либо более новые литий-ионные батареи), их стоимость должна быть включена в анализ затрат.

Отслеживание также не подходит для типичных фотоэлектрических установок на крыше жилых домов. Поскольку для отслеживания требуется, чтобы панели наклонялись или перемещались иным образом, необходимо предусмотреть возможность этого. Это требует, чтобы панели были смещены на значительное расстояние от крыши, что требует дорогостоящих стеллажей и увеличивает ветровую нагрузку. Кроме того, такая установка не будет очень эстетичной для установки на крышах жилых домов. Из-за этого (и высокой стоимости такой системы) отслеживание не используется на крышах жилых домов и вряд ли когда-либо будет использоваться в таких установках. Это особенно верно, поскольку стоимость фотоэлектрических модулей продолжает снижаться, что делает увеличение количества модулей для большей мощности более экономичным вариантом. Отслеживание может (а иногда и используется) для наземных установок в жилых помещениях,где возможна большая свобода передвижения.

Отслеживание также может вызвать проблемы с затенением. Поскольку панели перемещаются в течение дня, возможно, что, если панели расположены слишком близко друг к другу, они могут затенять друг друга из-за эффектов угла профиля. Например, если у вас несколько панелей в ряд с востока на запад, в солнечный полдень не будет затенения. Но днем ​​панели могут быть затемнены соседней панелью на западе, если они расположены достаточно близко. Это означает, что панели должны быть расположены достаточно далеко, чтобы предотвратить затенение в системах с отслеживанием, что может снизить доступную мощность из данной области в часы пиковой солнечной активности. Это не большая проблема, если есть достаточная площадь для размещения панелей. Но это снизит производительность в определенные часы дня (например, около солнечного полудня) по сравнению с фиксированной антенной.Оптимизация этой задачи с помощью математики называется поиском с возвратом.

Кроме того, одноосные системы слежения склонны к нестабильности при относительно умеренных скоростях ветра (галопирование). Это связано с крутильной неустойчивостью одноосных систем слежения за Солнцем. Необходимо принять меры по предотвращению раскачивания, такие как автоматическое складывание и внешние амортизаторы. Для получения дополнительной информации см. Этот документ .

См. Также [ править ]

• Коэффициент воздушной массы
• Гелиостат
• Солнечная энергия
• Путь солнца

Внешние ссылки [ править ]

• Солнечные трекеры для коммерческих фотоэлектрических проектов
• Проекты солнечных трекеров AKV Technical

Ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме солнечных трекеров .