Солнечный трекер - Solar tracker

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

8 мегаватт Фотоэлектрическая установка с использованием горизонтального одноосного трекера, 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.

А солнечный трекер это устройство, которое ориентирует полезную нагрузку на солнце. Полезные нагрузки обычно солнечные панели, параболические желоба, отражатели Френеля, линзы или зеркала из гелиостат.

Для плоской панели фотоэлектрические системы, трекеры используются для минимизации угол падения между входящими Солнечный свет и фотоэлектрическая панель, иногда известный как ошибка косинуса. Уменьшение этого угла увеличивает количество энергии, вырабатываемой фиксированным количеством 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 одноосных трекеров улучшились, системы были установлены в все большем количестве 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 концентратор фотовольтаики (CPV) и концентрированная солнечная энергия (CSP) трекеры используются для включения оптических компонентов в системах CPV и CSP. Оптика в системах с концентрированным солнечным излучением принимает прямую составляющую солнечного света и поэтому должна быть правильно 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

Эффективная площадь сбора плоского солнечного коллектора зависит от косинус рассогласования панели с Солнцем.

Солнечный свет состоит из двух компонентов: «прямого луча», который несет около 90% солнечной энергии,^[7][8] и «рассеянный солнечный свет», несущий остаток - рассеянная часть - это голубое небо в ясный день и большая часть от общего количества в пасмурные дни. Поскольку большая часть энергии находится в прямом луче, для максимального сбора необходимо, 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, спадает с косинус угла между падающим светом и панелью. В дополнение отражательная способность (в среднем по всем поляризации ) приблизительно постоянна 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.

Цель механизма слежения - следить за движением Солнца по небу. В следующих разделах, в которых каждый из основных факторов описывается немного более подробно, сложный путь Солнца упрощается, если рассматривать его ежедневное движение с востока на запад отдельно от его годового изменения с севера на юг в зависимости от времени года.

Солнечная энергия перехвачена

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). Или, другими словами, перехваченная энергия эквивалентна площади тени, отбрасываемой панелью на поверхность, перпендикулярную прямому лучу.

Это косинусное соотношение очень близко связано с наблюдением, формализованным в 1760 г. Закон косинусов Ламберта. Это описывает, что наблюдаемая яркость объекта пропорциональна косинусу угла падения света, освещающего его.

Отражающие потери

Изменение коэффициента отражения в зависимости от угла падения

Не весь перехваченный свет передается в панель - немного отраженный на его поверхности. На отражаемую сумму влияют как показатель преломления материала поверхности и угол падения входящего света. Отраженное количество также различается в зависимости от поляризации входящего 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

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

Из-за наклон земной оси Солнце также движется на 46 градусов северной и южной широты в течение года. Таким образом, тот же набор панелей, установленных в середине между двумя локальными крайностями, будет видеть, как Солнце перемещается на 23 градуса в обе стороны. Таким образом, согласно приведенной выше таблице, одноосный трекер с оптимальной регулировкой (см. полярный выровненный трекер ниже) потеряет только 8,3% в летние и зимние сезонные экстремумы, или около 5% в среднем за год. И наоборот, одноосный трекер, выровненный по вертикали или горизонтали, 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, увеличивая сбор летом в северных или южных широтах. Это смещает сбор в сторону лета, поэтому, если панели наклонены ближе к среднему летнему углу, общие годовые потери снижаются по сравнению с системой, наклоненной весной / осенью. равноденствие угол (который совпадает с широтой сайта).

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

Прочие факторы

Облака

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

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 воздушная масса (AM) или же коэффициент воздушной массы, куда AM0 находится на вершине атмосферы, AM1 относится к прямому вертикальному пути вниз до уровня моря с Солнцем над головой, и ЯВЛЯЮСЬ больше 1 относится к диагональным траекториям 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.

КПД солнечных батарей

Конечно, эффективность преобразования энергии фотоэлектрического элемента имеет большое влияние на конечный результат, независимо от того, используется ли отслеживание или нет. К преимуществам отслеживания особенно важны следующие:

Молекулярная структура

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

Температура

Эффективность фотоэлектрических солнечных элементов снижается с увеличением температуры примерно на 0,4% / ° C.^[16] Например, на 20% выше эффективность 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

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

Трекеры для неконцентрирующих плоских панелей не нуждаются в высокоточном отслеживании:

• низкие потери мощности: потери менее 10% даже при отклонении 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 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 - особенно актуально в высоких широтах и ​​/ или в зимние месяцы
• фотоэлектрические панели примерно на 20% эффективнее в прохладе раннего утра по сравнению с дневной жарой; Точно так же они более эффективны зимой, чем летом, а для эффективного захвата раннего утреннего и зимнего солнца требуется отслеживание.

Типы солнечных коллекторов

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 различных типов механизмов слежения. Системы отслеживания могут быть настроены как:

• Неподвижный коллектор / подвижное зеркало - т.е. Гелиостат
• Движущийся коллектор

Фиксированное крепление без отслеживания

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

• Механические преимущества: Простота изготовления, низкие затраты на установку и обслуживание.
• Ветровая нагрузка: проще и дешевле поставить 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 - это рассеянный свет, доступный под любым углом несовпадения с Солнцем.
• Допуск смещения: эффективная зона сбора плоских панелей относительно нечувствительна к довольно высоким уровням несовпадения с Солнцем - см. таблицу и диаграмму на Основная концепция раздел выше - например, даже отклонение на 25 ° снижает прямую солнечную энергию, собираемую менее чем на 10%.

Фиксированные крепления обычно используются в сочетании с неконцентрирующими системами, однако важный класс не отслеживающих концентрирующих коллекторов, представляющих особую ценность в третьем мире, являются портативными. солнечные плиты. Они используют относительно низкие уровни концентрации, обычно от 2 до 8 Солнц, и выравниваются вручную.

Трекеры

Несмотря на то, что фиксированная плоская панель может быть настроена на сбор значительной части доступной энергии в полдень, значительная мощность также доступна рано утром и поздно днем.^[15] когда несоосность с фиксированной панелью становится чрезмерной для сбора разумной доли 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, времени года 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, поскольку доля энергии, полученной от прямого излучения, выше, а область, в которой сосредоточена энергия, становится меньше.

Фиксированный коллектор / подвижное зеркало

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 двухосная система слежения, по крайней мере, с одной механизированной осью. В разных применениях зеркала могут быть плоскими или вогнутыми.

Движущийся коллектор

Трекеры можно сгруппировать в классы по количеству и ориентации осей трекера. По сравнению с фиксированным креплением одноосевой 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 классифицирован по количеству и ориентации их осей, их архитектуре срабатывания и типу привода, их предполагаемому применению, их вертикальным опорам и фундаменту.

Плавающее крепление

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

Плавающее наземное крепление

Солнечные трекеры могут быть построены с использованием «плавающего» фундамента, который находится на земле, без необходимости в инвазивных бетонных фундаментах. Вместо того, чтобы размещать трекер на бетонном основании, трекер помещают на гравийный поддон, который можно заполнить различными материалами, такими как песок или гравий, для закрепления трекера на земле. Эти «плавающие» трекеры могут выдерживать ту же ветровую нагрузку, что и традиционные стационарные трекеры. Использование плавающих трекеров увеличивает количество потенциальных площадок для коммерческих солнечных проектов, поскольку они могут быть размещены поверх закрытых свалки или в областях, где выкопать фундамент невозможно.

Оптическое слежение без движения

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. Ренкубе впервые разработал стеклянную конструкцию для перенаправления света с использованием технологии оптического слежения без движения.

Неконцентрирующие фотоэлектрические трекеры

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 входящим светом и фотоэлектрической панелью. Это увеличивает количество энергии, собираемой из прямого компонента падающего солнечного света.

Физика стандартных фотоэлектрических (PV) трекеров работает со всеми стандартными технологиями фотоэлектрических модулей. К ним относятся все виды кристаллический кремний панели (либо моно-Si, или же мульти-Si ) и все виды тонкопленочные панели (аморфный кремний, CdTe, CIGS, микрокристаллический).

Концентраторы фотоэлектрические (CPV) трекеры

Установка CPV мощностью 3 МВт с использованием двухосных трекеров в Голмуде, Китай^[20]

200-киловаттные модули CPV на двухосном трекере в Циндао, Китай^[21]

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 увеличения точности слежения по мере увеличения коэффициента концентрации систем. Однако для данной концентрации не отображающая оптика предоставить максимально широкий углы приема, что может быть использовано для снижения точности отслеживания.^[22][23]

В типичных системах с высокой концентрацией точность слежения должна быть в диапазоне ± 0,1 °, чтобы обеспечить примерно 90% номинальной выходной мощности. В системах с низкой концентрацией точность отслеживания должна быть 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 системами концентраторов на основе рефракции и отражения. В этих системах используется ряд новых технологий фотоэлектрических элементов. Они варьируются от обычных, кристаллический кремний фотоэлектрические приемники на основе германия тройной стык приемники.

Одноосные трекеры

Одноосные трекеры имеют один степень свободы что 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 отслеживания. 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

Горизонтальный одноосный трекер (HSAT)

Горизонтальный одноосный трекер мощностью 4 МВт в Веллакойл, Тамил Наду, Индия^[24]

Горизонтальный одноосный трекер с наклонными модулями в Ситешане, Китай. Введен в эксплуатацию в июле 2014 года.

Ось вращения горизонтального одноосного трекера расположена горизонтально по отношению к земле. Столбы 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 соотношение производства энергии к стоимости, это зависит от местной местности и условий затенения, а также от значения производимой энергии для времени суток. Возврат - это одно из средств расчета расположения панелей. Горизонтальные трекеры обычно имеют лицевую сторону модуля, ориентированную параллельно оси вращения. По мере того, как модуль движется по движению, он перемещает цилиндр, симметричный относительно оси вращения. В одноосных горизонтальных трекерах длинная горизонтальная труба поддерживается на подшипниках, установленных 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 одноосевой 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 поворачивая 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 обеспечивает преимущества VSAT в горизонтальном трекере и сводит к минимуму общую стоимость солнечного проекта.^[25][26]

Вертикальный

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 затенения в течение года. Вертикальные одноосные трекеры обычно имеют лицевую сторону модуля, ориентированную под углом по отношению к оси вращения. По мере того, как модуль отслеживает, он перемещает конус, симметричный относительно оси вращения.

Наклонный

Наклонный одноосный трекер (TSAT)

Наклонный одноосевой трекер в Сизиванци, Китай.

Все трекеры с осями вращения между горизонтальной и вертикальной считаются наклонными одноосными трекерами. Углы наклона трекера часто ограничиваются для уменьшения профиля ветра и уменьшения высоты приподнятого конца. Благодаря функции обратного отслеживания они могут быть упакованы без затенения 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 движется по движению, он перемещает цилиндр, симметричный относительно оси вращения.

Двухосные трекеры

Двухосные трекеры имеют две степени свободы, которые действуют как оси вращения. Эти оси обычно перпендикулярны друг другу. Ось, которая закреплена относительно земли, может считаться основной осью. Ось, привязанная к первичной оси, может считаться вторичной осью. Существует несколько распространенных реализаций двухосных 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, двухосные трекеры могут наклоняться, чтобы находиться в прямом контакте с Солнцем.

Наклон – наклон

Двухосный трекер, установленный на опоре. Проект в Siziwangqi^[27]

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. Сверху вращающегося подшипника находится Т- или Н-образный механизм, который обеспечивает вертикальное вращение панелей и обеспечивает основные точки крепления массива. Стойки на обоих концах основной 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 по отношению друг к другу. 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 двухосных трекеров с наклонным наконечником 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]

Азимутально-высотный двухосевой трекер - 2-х осевой солнечный трекер, Толедо, Испания.

Азимут-высота

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. По работе они похожи на системы наклона наконечника, но отличаются способом поворота массива для ежедневного отслеживания. Вместо того, чтобы вращать массив вокруг верхней части столба, системы AADAT могут использовать большое кольцо, установленное на земле, с массивом, установленным на серии роликов. Основное преимущество такой компоновки заключается в том, 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 разместить ближе друг к другу, чем диаметр кольца, что может снизить плотность системы, особенно с учетом затенения между трекерами.

Строительство и (самостоятельное) строительство

Как будет описано ниже, экономичный баланс между стоимостью панели и трекера нетривиален. Резкое падение стоимости солнечных панелей в начале 2010-х годов затруднило поиск разумного решения. Как видно из прикрепленных медиафайлов, в большинстве конструкций используются промышленные и / или тяжелые материалы, не подходящие 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

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 проектов коммунального масштаба. Комбинация улучшения энергопотребления и более низкой стоимости продукта и более низкой сложности установки приводит к привлекательной экономике при крупных развертываниях. 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 весенний и летний периоды, 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 расположены горизонтально, 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 (сезонными) 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.

Многозеркальный концентрирующий ПВ

Блоки концентраторов отражающих зеркал

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.

На заводе используется многослойная отражающая система в сочетании с центральной силовой вышкой. Sierra SunTower, расположенный в Ланкастере, Калифорния. Этой электростанцией управляет eSolar планируется ввести в эксплуатацию 5 августа 2009 года. Эта система, в которой используются несколько гелиостатов в направлении север-юг, использует сборные детали и конструкцию как способ снижения пусковых и эксплуатационных затрат.

Типы дисков

Активный трекер

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. Чтобы контролировать и управлять движением этих массивных конструкций, специальные поворотные приводы разработаны и тщательно протестированы. Технологии, используемые для управления трекером, постоянно развиваются, и последние разработки в Google и Eternegy включают использование тросов и лебедок для замены некоторых из более дорогих и более хрупких компонентов.^{[нужна цитата ]}

А поворотный привод коробка передач

Противовращающийся поворотные приводы сэндвич с опорой с фиксированным углом может применяться для создания "многоосного" метода отслеживания, который исключает вращение относительно продольного совмещения. Этот метод, если он размещен на колонне или столбе, будет генерировать больше электроэнергии, чем фиксированные фотоэлектрические системы, и его фотоэлектрическая матрица никогда не будет превращаться в полосу движения парковки. Это также обеспечит максимальную выработку солнечной энергии практически при любой ориентации полосы / ряда парковки, включая круговую или криволинейную.

Активные двухкоординатные трекеры также используются для ориентирования гелиостаты - подвижные зеркала, отражающие солнечный свет в сторону поглотителя центральная электростанция. 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 фотосенсоры, Такие как фотодиоды, настроенные по-разному, так что они выводят ноль при получении одного и того же светового потока. Механически 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 уравновешена в самой крутой части, что приведет к максимальной чувствительности. Для получения дополнительной информации о контроллерах см. 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 световой сигнал ниже некоторого порогового значения, генерируемой мощности будет недостаточно, чтобы гарантировать изменение ориентации. 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

Пассивная головка трекера в положении наклона весна / лето с панелями на голубой стойке, повернутыми в утреннее положение до упора; темно-синие объекты - это гидравлические амортизаторы.

Самый распространенный Пассивные трекеры используйте сжатый газовый флюид с низкой точкой 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 по направлению к ячейкам.

Ручное отслеживание

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 в непосредственной близости от участка.

Вращающиеся здания

Во Фрайбурге-им-Брайсгау, Германия, Рольф Диш построил Гелиотроп 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.

В Дом Близнецов является уникальным примером трекера вертикальной оси. Этот цилиндрический дом в Австрия (широта выше 45 градусов северной широты ) вращается полностью, чтобы отслеживать 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 TU Delft студенты для Солнечное десятиборье Европа конкуренция в Мадрид. Строительство дома было завершено 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]

Дом Близнецов вращается полностью.

Недостатки

Трекеры добавить стоимость и обслуживание в систему - 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 уменьшается. 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 крыш типичных жилых домов фотоэлектрические установки. 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 (а также из-за 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 (и иногда используется) для наземных установок в жилых помещениях, где возможна большая свобода передвижения.

Отслеживание также может вызвать затенение проблемы. Поскольку панели перемещаются в течение дня, возможно, что, если панели будут 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, которое может снизить доступную мощность из данной области в часы пиковой нагрузки на солнце. 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. Возврат оптимизирует эту задачу с помощью математики.

Кроме того, одноосные системы слежения склонны становиться неустойчиво уже при относительно умеренных скоростях ветра (скачет). Это связано с крутильной неустойчивостью одноосных систем слежения за Солнцем. Необходимо принять меры по предотвращению скачков, такие как автоматическое складывание и внешние амортизаторы. Для получения дополнительной информации см. Эта бумага.

Смотрите также

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

внешняя ссылка

• Солнечные трекеры для коммерческих фотоэлектрических проектов

Рекомендации