Солнечная система слежения: лучший способ для фотоэлектрических модулей следовать за солнцем

Фотоэлектрические (PV) системы традиционно устанавливаются с фиксированной ориентацией и углом наклона, что позволяет оптимизировать выходную мощность в течение всего года. Как положение солнца изменения в небе из-за наклона оси земли и ее орбиты вокруг солнца производство солнечной энергии фотоэлектрической системой может быть уменьшено, и здесь пригодятся системы слежения за солнцем.

Солнечные системы слежения являются важным инструментом, предназначенным для поддержания производства электроэнергии для фотоэлектрических систем. в их пике круглый год. Эти системы слежения поставляются с различной степенью движения, системами вождения и многим другим.

В этой статье вы узнаете основы систем слежения за солнцем, их различные конфигурации и соответствующую информацию, которая поможет вам определить, подходят ли они вам.

Что такое солнечные трекеры и как они работают? Понимание основ

Солнечные трекеры модернизируют фотоэлектрические системы, предоставляя модулям мощность чтобы изменить направление, в котором они смотрят. Это достигается путем установки одного или нескольких механических или электромеханических соединений, которые придают движение основанию одного или нескольких модулей. Трекер с солнечными панелями можно классифицировать по системе привода или степени движения.

Обычные фотоэлектрические системы устанавливаются с фиксированной ориентацией по азимуту и ​​углу наклона. Оптимальная конфигурация требует облицовки модулей истинный юг или 180º от азимута, с углом наклона, равным широте вашего местоположения.

Система слежения за солнцем позволяет выставлять модули перпендикулярно солнцу круглый год и в течение дня, увеличение пиковой мощности всей системы. Поскольку солнечные трекеры более дороги, они более распространены в промышленных и коммунальных приложениях, чем в жилых.

Степень движения солнечных трекеров: одноосный или двухосный

Одним из основных аспектов, используемых для классификации солнечных трекеров, является степень их движения. Солнечные системы слежения обычно имеют одноосную или двухосевую систему.

Наклонный одноосный трекер (TSAT)

Одним из наиболее часто используемых и недорогих доступных солнечных трекеров является наклонный одноосный трекер (TSAT). Эти солнечные трекеры могут быть предназначены для перемещение по горизонтальной или вертикальной оси, при этом конкретный трекер, необходимый для каждой фотоэлектрической системы, зависит от географического местоположения, где установлены модули.

Солнечный трекер с горизонтальной осью изменяет угол наклона фотоэлектрического модуля при движении с востока на запад, сохраняя постоянную ориентацию в течение дня. Эти солнечные трекеры идеально подходят для получения максимальной производительности от фотоэлектрических систем, расположенных в низких широтах или тропических регионах. В этих местах дни короче, а солнце в полдень достигает более высокого положения на небе.

Солнечный трекер с вертикальной осью сохраняет фиксированный угол наклона, используя движение с севера на юг для ориентации, чтобы следовать за солнцем в течение дня. Фотоэлектрические системы, которые получат наилучшую производительность от вертикальных солнечных трекеров, — это те, которые установлены в высоких широтах, где дни длятся дольше летом, но солнце не достигает такого высокого положения в небе.

Двухосевой солнечный трекер

Самые универсальные и мощные системы слежения за солнцем на рынке имеют две степени движения, известные как двухосевые солнечные трекеры. Двухосный солнечный трекер может наклонять модуль с горизонтальным движением с востока на запад и ориентацией с вертикальным движением с севера на юг, следуя за солнцем с помощью фотоэлектрических модулей в течение дня.

Система слежения за солнечными панелями может быть полезна для фотоэлектрических систем, установленных в любой точке мира. Эти системы точны, но имеют значительно более высокую цену, поэтому они в основном используется в солнечных тепловых электростанциях и для концентрированных фотогальванических элементов.

Интересные вариации трекеров с вертикальной осью

Дальновидные архитекторы со всего мира, работающие рука об руку с инженерами-электриками, придумали очень интересные приложения для трекеров с вертикальной осью. Вместо того, чтобы применять типичный одноосный трекер на фотоэлектрическом модуле, некоторые конструкции жилья выводят отслеживание солнечной активности на новый уровень, вращая все здание, в котором установлены фотоэлектрические модули.

Одним из прототипов является Дом Близнецов, созданный Роландом Мослом в 1991 году.. Этот австрийский проект дома изображает цилиндрический дом, который постоянно вращается вслед за солнцем, обнажая фотоэлектрическую установку площадью 150 кв. метров.

Схожую концепцию с Домом Близнецов создал архитектор Ральф Диш. с созданием Гелиотропа. Heliotrope — это приподнятый дом с установленной на крыше фотоэлектрической установкой, постоянно подвергающейся воздействию солнца при движении дома по вертикальной оси. Этот дом с нулевым потреблением энергии также включает солнечные тепловые трубы и может генерировать в пять раз больше, чем потребляет семья.

Еще одна интересная концепция — Revolt House, предложенный командой Делфта. Revolt House — это плавучий дом, который вращается на воде, и, хотя он не предназначен специально для фотоэлектрических приложений, он предназначен для отслеживания солнца и использования солнечной радиации для обогрева дома зимой и охлаждения летом. можно установить фотоэлектрическую систему, чтобы воспользоваться преимуществами уже вращающегося дома.

Системы управления солнечными трекерами: ручные, пассивные и активные солнечные трекеры.

Вторым наиболее важным аспектом, используемым для классификации трекера солнечной панели, является его система привода. Это механизм, используемый для перемещения оси для регулировки положения модуля. Система привода солнечных трекеров может быть ручной, пассивный или активный.

Ручной солнечный трекер

Ручная система слежения за солнечными панелями является самой простой системой вождения. Солнечные трекеры с этой системой привода включают в себя одно или несколько механических соединений, используемых для регулировки положения модуля, количество движущихся частей зависит от того, имеет ли солнечный трекер одноосный или двухосный.

Пассивный солнечный трекер

Пассивные солнечные трекеры внедрить сжатую газовую жидкость с низкой температурой кипения для исполнительного механизма, отвечающего за изменение положения модуля в результате несбалансированного освещения. Когда сжатая газовая жидкость получает частичный солнечный свет, она меняет свою плотность, расширяясь при кипении или сжимаясь при охлаждении, изменяя плотность и восстанавливая равновесие в системе крепления.

Активный солнечный трекер

В активных солнечных трекерах используются приводы, которые активно изменяют положение фотоэлектрического модуля на одной или двух осях. Приводы, используемые для системы привода в активных солнечных трекерах. может включать электродвигатель или механическую систему, состоящую из гидравлических цилиндров. Эти системы автоматически перемещают модули, чтобы выставить их прямо на солнце с помощью датчиков слежения в реальном времени.

Где устанавливаются системы слежения за солнцем?

Солнечные системы слежения — отличный инструмент для повышения производительности фотоэлектрической системы, но они не всегда подходят для всех приложений. В этом разделе мы объясним, где обычно устанавливаются системы слежения за солнцем.

Жилые приложения

Самые передовые системы слежения за солнцем не подходят для жилых помещений из-за высокой стоимости приобретения и обслуживания. Еще одна причина, по которой солнечные трекеры не используются в жилых помещениях, заключается в том, что большинство этих устройств слежения предназначены для наземных фотоэлектрических установок, в то время как большинство домашних фотоэлектрических систем устанавливаются на крыше дома.

Хотя это не является обычным явлением, домовладельцы все же могут приобрести комплект солнечного трекера и использовать его для повышения производительности фотоэлектрической системы в своих домах. Недорогие солнечные трекеры могут улучшить производительность фотоэлектрических модулей за счет до 37%, но они более экономически целесообразны в местах, где электричество дороже, а дополнительная производительность может обеспечить большую экономию электроэнергии.

Для двухосевых солнечных трекеров может потребоваться почти в два раза больше движущихся частей, чем для одноосевых. Большое количество компонентов приводит к более высокой стоимости двухосных солнечных трекеров по сравнению с одноосными. Вот почему рекомендуется устанавливать горизонтальные одноосные трекеры в местах с низкими широтами и вертикальные одноосные в местах с высокими широтами вместо двухосных трекеров.

Ручные трекеры из-за их низкой стоимости также рекомендуются для жилых помещений, поскольку их можно использовать для регулировки модулей под углом 15 градусов зимой, чтобы компенсировать смещенное положение солнца на небе. Пассивные солнечные трекеры также имеют относительно низкую стоимость, поэтому они являются жизнеспособным вариантом, в то время как активные солнечные трекеры с их высокой стоимостью в большинстве случаев не представляют собой экономически целесообразного варианта.

Коммерческое и промышленное применение

Коммерческие, промышленные и коммунальные фотоэлектрические системы могут значительно выиграть от внедрения систем слежения за солнечными панелями. Увеличение мощности, которое крупномасштабная фотоэлектрическая установка может получить с помощью солнечных трекеров доходит до 45%, поэтому системы слежения широко распространены на высокорентабельных солнечных электростанциях.

Установка одноосных солнечных трекеров на солнечную электростанцию ​​доказала свою эффективность. увеличить производство энергии на 25% в одних исследованиях, в то время как другие показывают повышение производительности на 40%. Двухосевые солнечные трекеры могут справиться с этими задачами. увеличение мощности до 45%, но некоторые инвесторы фотоэлектрических электростанций, как правило, выбирают одноосные солнечные трекеры, потому что они приносят более высокую прибыль при более низкой стоимости.

Система привода для крупномасштабных фотоэлектрических установок обычно бывает пассивной и активной. Ручные солнечные трекеры сопряжены с высокими эксплуатационными расходами и экономически целесообразны только в развивающихся странах с более низкими затратами на рабочую силу. Пассивные и активные солнечные трекеры представляют собой лучший вариант в развитых странах, но конкретная система должна быть определена после подробного анализа с учетом приведенной стоимости энергии (LCOE) и рентабельности с учетом стоимости трекеров и обслуживания.

Плюсы и минусы солнечных трекеров

Солнечные трекеры могут иметь разную степень движения и системы управления, но в целом они привносят много преимуществ в фотоэлектрические системы и представляют собой лишь несколько недостатков. В этом разделе мы представляем и анализируем наиболее важные плюсы и минусы солнечных трекеров.

Плюсы

Производство солнечной энергии максимально в течение дня

Солнечные трекеры разоблачают Фотоэлектрические модули перпендикулярно солнцу или как можно ближе, увеличивая выработку солнечной энергии в фотоэлектрической системе. Это увеличивает солнечную энергию и производительность системы. на 20% до 45% в зависимости от типа используемого солнечного трекера.

Солнечные трекеры адаптируются ко всем типам фотоэлектрических систем во всех местах

Одним из лучших преимуществ трекеров для солнечных батарей является то, что они были тщательно исследованы и предлагают подходящие решения для фотоэлектрических систем по всему миру. В зависимости от вашего местоположения и доступного места вы можете использовать различные решения для отслеживания, чтобы повысить производительность вашей фотоэлектрической системы.

Фотоэлектрические системы с ограниченным пространством могут улучшить солнечную энергию до 45%.

В некоторых случаях владельцы фотоэлектрических систем могут иметь достаточно ресурсов, но ограниченное пространство для установки солнечной батареи. В этом случае инвестиции в систему слежения за солнцем могут оказаться прибыльными за счет повышения коэффициента усиления солнечного излучения на целых 45% при использовании двухосевых солнечных трекеров.

Прибыльность крупномасштабных наземных фотоэлектрических систем значительно возрастает.

Мелкомасштабные фотоэлектрические системы имеют небольшой выигрыш, если сравнивать стоимость системы слежения за солнечными батареями с солнечным приростом, но прибыльность становится более заметной в крупномасштабных наземных фотоэлектрических установках. Установка правильной системы слежения за солнечными панелями также повысит эффективность использования солнечной энергии при минимальных затратах.

Интеграция с программным обеспечением солнечного трекера

Программное обеспечение для отслеживания солнечной активности может интегрироваться с солнечными трекерами, анализируя будущие погодные и климатические условия для прогнозирования выходная мощность модулей. Собранная информация о погоде может также использоваться для других междисциплинарных исследовательских целей, связанных с погодой.

Минусы

Более дорогие, чем стационарные монтажные системы

Высокая стоимость солнечных трекеров является одним из основных недостатков по сравнению с системами стационарного крепления. В некоторых случаях стоимость настолько высока, что внедрение солнечных трекеров может увеличить рентабельность инвестиций на несколько лет.

Более высокая потребность в обслуживании

Помимо более высокой первоначальной стоимости, солнечные трекеры также требуют регулярного обслуживания. Это не только вводит дополнительную задачу, которую необходимо выполнить в фотоэлектрической системе, но и требует дополнительных затрат на LCOE.

Какова ориентировочная стоимость систем слежения за солнцем? Подходят ли они для жилых помещений?

Солнечные трекеры могут иметь широкий ценовой диапазон, учитывая различные системы привода и степени движения, которые могут быть использованы при разработке трекера. Другие факторы, такие как количество модулей, выделенных на трекер, дизайн, качество материалов и производитель, могут влиять на розничную цену.

Стоимость одноосного солнечного трекера можно оценить примерно в 500 долларов, тогда как двухосный солнечный трекер может поднять цену примерно до 1,000 долларов. Учитывая эти высокие затраты на систему слежения, добавление солнечных трекеров к фотоэлектрической системе может увеличить цену на 40% до 100%.

Фотоэлектрические системы в США имеют среднюю окупаемость инвестиций (ROI) 10 лет. В то время как солнечные трекеры могут повысить производительность фотоэлектрической системы примерно на 40%, они также могут увеличить стоимость примерно на 40% и более, сохраняя рентабельность инвестиций на уровне 10 или более лет. В данном конкретном случае установка солнечных трекеров для жилых помещений представляется экономически невыгодной.

Альтернативным вариантом может стать разработка и производство более доступного солнечного трекера. Среди доступных проектов некоторые включают производство двухосевой солнечный трекер с использованием Arduino, а другой проектирует изготовленный на заказ недорогой солнечный трекер по цене чуть менее 150 долларов США.

Предисловие: подходят ли солнечные трекеры для вашей фотоэлектрической системы?

Экономическая целесообразность солнечного трекера должны быть проанализированы с учетом ROI, улучшенная производительность по выходной мощности системы, LCOE, а также стоимость эксплуатации и обслуживания (O&M).

Для коммерческих, промышленных и коммунальных приложений солнечные трекеры, учитываемые в LCOE, доказали свою эффективность. правильная посадка для фотоэлектрической системы, повышая производительность и рентабельность системы и оправдывая инвестиции.

Для жилых помещений мы рекомендуем анализировать каждый конкретный случай. В некоторых местах с высокими затратами на электроэнергию можно использовать систему слежения за солнечными панелями, но в целом они не рекомендуются, поскольку розничные солнечные трекеры стоят больших денег и требуют ненужного обслуживания, что оказывается более дорогостоящим, чем прибыльным.

Анализ окупаемости вашей фотоэлектрической системы и поиск недорогих солнечных трекеров, включая самодельные проекты или наборы солнечных трекеров, могут в конечном итоге сделать солнечные трекеры подходящими для вас. Внедрение доступных солнечных трекеров в фотоэлектрическую систему с усилением солнечной энергии до 40% может в конечном итоге значительно снизить рентабельность инвестиций на несколько лет и даже увеличить общую ценность вашей фотоэлектрической системы.