Przemysł

Śledzenie słońca: urządzenia śledzące do systemów energii słonecznej

Śledzenie słońca: urządzenia śledzące do systemów energii słonecznej

System śledzenia słońca NEXTracker (Zdj.: NEXTracker)

Solar tracker to urządzenie, które ustawia system fotowoltaiczny, w szczególności dużą instalację, taką jak farma słoneczna, w kierunku słońca, aby umożliwić jej wychwycenie większej ilości energii słonecznej niż w innym przypadku bez takiego urządzenia. Zasadniczo śledzenie polega na zminimalizowaniu kąta padania między wpadającym światłem słonecznym a panelem słonecznym. Panele słoneczne mogą przechwytywać rozproszoną część światła słonecznego na niebieskim niebie, które również rośnie proporcjonalnie, gdy jest pochmurno, a także bezpośrednie światło słoneczne i czujniki nasłonecznienia mogą zwiększyć ilość przechwyconej energii słonecznej. Ogólnie rzecz biorąc, systemy śledzenia mogą zazwyczaj przechwytywać dodatkowe 50 procent światła słonecznego latem i 20 procent zimą, ale różni się to w zależności od szerokości geograficznej.

Jednak są one jeszcze bardziej istotne w instalacjach skoncentrowanej fotowoltaiki (CPV) i skoncentrowanej energii słonecznej (CSP), gdzie wspierają elementy optyczne tych systemów, które są zaprojektowane tak, aby kierować bezpośredni składnik światła słonecznego. Odpowiada to za 90 procent energii słonecznej, dlatego trackery muszą być odpowiednio zorientowane. Urządzenia śledzące o wysokiej dokładności mogą mieć dokładność ± 5 stopni, co oznacza, że ​​mogą dostarczyć ponad 99,6% energii przenoszonej przez bezpośrednią wiązkę słoneczną, a także 100% światła rozproszonego. Jednak te trackery zwykle nie są używane przez niekoncentrowane systemy PV.

W ostatnich latach ich wdrażanie było często stymulowane przez stałą dygresję zachęt rządowych, takich jak taryfy gwarantowane premium (FiT). Tak więc wraz ze spadkiem płatności za energię odnawialną deweloperzy zrekompensowali to, dążąc do maksymalizacji produkcji.

Istnieją dwa podstawowe typy trackerów: jednoosiowe i dwuosiowe, a te z kolei mogą różnić się formą, tak że istnieje wiele różnych trackerów, z których wszystkie są zaprojektowane do określonych sytuacji i pożądanych poziomów wydajności.

Jednoosiowe urządzenia śledzące podążają za kursem słońca ze wschodu na zachód, podczas gdy dwie osie mogą być również nachylone, aby uwzględnić różnicę między kątami słońca zimą i latem. W branży odbyło się wiele debat na temat skuteczności dwuosiowych trackerów, biorąc pod uwagę ich zwiększoną złożoność i stosunkowo niewielką różnicę w rocznym zbieraniu danych między dwoma typami trackerów. Jeden przegląd statystyk produkcyjnych z Ontario wykazał, że różnica wynosiła łącznie tylko około 4 procent, porównując nieco niekorzystnie z poprawą osiągniętą przez jednoosiowe urządzenia śledzące w stosunku do stałej macierzy (24 do 32 procent). Jednak dwuosiowe urządzenia śledzące mogą osiągnąć produkcję od 40 do 45 procent powyżej stałego układu dachowego w sytuacjach, gdy zanieczyszczenie atmosfery jest bardzo małe („wysoka przejrzystość”). Niestety w większości regionów krajów rozwiniętych wskaźnik przejrzystości wynosi 0,5 lub mniej.

Dwuosiowe urządzenia śledzące w elektrowni fotowoltaicznej Sevilla w Hiszpanii (Zdjęcie: afloresm, Flickr)

Poziome urządzenia śledzące jednoosiowe mają oś obrotu, która jest pozioma w stosunku do podłoża. Oznacza to, że jedynym wymaganiem dotyczącym odstępów jest utrzymywanie osi obrotu równolegle do siebie. Niektóre poziome trackery jednoosiowe mają nachylone moduły, co może pomóc zaoszczędzić miejsce, minimalizując tym samym całkowity koszt projektu. Urządzenia śledzące z osiami obrotu między poziomą a pionową są znane jako pochylone urządzenia śledzące o jednej osi. Zwykle mają powierzchnię czołową modułu zorientowaną równolegle do osi obrotu

Pionowe urządzenia śledzące o jednej osi są bardziej skuteczne na dużych szerokościach geograficznych niż urządzenia śledzące o osi poziomej. Zazwyczaj mają one moduł nachylony pod kątem względem osi obrotu, omiatając w ten sposób stożek, który jest obrotowo symetryczny wokół osi obrotu.

Dwuosiowe urządzenia śledzące tip-tilt (TTDAT) są montowane na słupach z ruchem wschód-zachód obracającym się wokół słupa z łożyskiem w kształcie litery T lub H umożliwiającym obrót w pionie.

Dwuosiowe urządzenia śledzące azymut i wysokość (AADAT) mają oś azymutu prostopadłą do ziemi. Używają dużego pierścienia zamontowanego na ziemi z układem zamontowanym na rolkach. Oznacza to, że ciężar układu jest rozłożony na część pierścienia, a nie na tyczce, co z kolei pozwala na wspieranie znacznie większych układów. Jednak średnica pierścienia determinuje odstępy, a to z kolei może zmniejszyć gęstość układów.

Pasywny tracker wykorzystuje sprężony płyn gazowy o niskiej temperaturze wrzenia do kierowania nim w celu skorygowania nierównowagi. Systemy te wykorzystują również cienie / reflektory reagujące na poranne światło słoneczne, aby „obudzić” panel słoneczny i skierować go w stronę słońca.

Wreszcie istnieje chronologiczny moduł śledzący, który obraca układ słoneczny w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu Ziemi.

Trackery skierowane wokół panelu słonecznego za pośrednictwem systemu silników i przekładni. Są one obsługiwane przez kontroler reagujący na kierunek ruchu słońca. Wykorzystują również napędy obrotowe (napęd obrotowy to rodzaj przekładni, która może przenosić obciążenia promieniowe i osiowe) do zarządzania ich ruchem. W elektrowni skoncentrowanej energii słonecznej (CSP) dwuosiowe urządzenia śledzące są sterowane przez centralny komputer i zarządzają ruchomymi lustrami zwanymi heliostatami, które odbijają światło do centralnej elektrowni.

Florida Power & Light Company DeSoto Next Generation Solar Energy Center w Arcadia Florida, w oparciu o system śledzenia SunPowerAE TO (zdj .: Usina Fotovoltaica, Flickr)

Istnieją również różnice w sposobie ich instalacji. Na przykład „pływający fundament” nie wymaga betonowych fundamentów, ponieważ po prostu stoi na ziemi, zwykle na żwirze. Oznacza to, że można je instalować na wysypiskach lub w innych tego typu lokalizacjach, zwiększając tym samym liczbę miejsc, w których mogą być używane.

Śledzenie nadaje się głównie do dużych komercyjnych i przemysłowych zastosowań słonecznych, a mniej nadaje się do systemów dachów mieszkalnych. Tam, gdzie systemy śledzenia są zainstalowane na dachach mieszkalnych, muszą być odsunięte od dachu, aby umożliwić ruch paneli. To z kolei zwiększa obciążenie wiatrem i wymaga drogiego systemu regałów. Istotne mogą być również względy estetyczne. Nawet w lokalizacjach o dużej skali trackery wymagają użycia większego obszaru niż systemy stacjonarne, ponieważ ruch paneli może tworzyć cienie na innych panelach, jeśli nie są one odpowiednio rozmieszczone. Niemniej jednak, połączone korzyści ze śledzenia światła słonecznego, ulepszona wydajność ogniw słonecznych i innowacyjne postępy, takie jak cienkowarstwowe, niewątpliwie spowodowały, że w ciągu kilku lat energia słoneczna zbliży się do parytetu sieci z paliwami kopalnymi.

Główny problem z trackerami polega na tym, że zwiększają koszty. Dlatego jeśli system śledzenia zwiększa koszty projektu o 25 procent, jednocześnie poprawiając wydajność o 25 procent, można argumentować, że ten sam poziom wydajności można osiągnąć po prostu zwiększając rozmiar systemu. Eliminuje to również dodatkową konserwację wymaganą dla systemu śledzenia. Ponieważ koszty energii słonecznej nadal spadają, opłacalność instalacji systemu śledzenia może się zmniejszyć. Innym problemem jest to, że silniki systemu śledzenia muszą być stale konserwowane, w związku z czym coraz bardziej innowacyjne systemy uzyskują zdecydowaną przewagę. Jest to powszechnie uznawane w branży. Na przykład Scott Dailey, kierownik projektu trackera w First Solar, w rozmowie z Renewable Energy World w 2013 r., Argumentował, że dwuosiowe urządzenia śledzące są tak naprawdę wdrażane tylko na rynkach o wysokich taryfach gwarantowanych (FiT), ponieważ zwiększone przychody uzyskane dzięki maksymalizacji produkcji ma tendencję do równoważenia wyższych kosztów operacyjnych i konserwacji.

Kiedy po raz pierwszy wprowadzono je na rynek, systemy śledzenia były zwykle dość nieporęczne i zawodne. Wiele trackerów zainstalowanych w Europie podczas boomu taryfy gwarantowanej (FiT) cierpiało z powodu poważnych problemów z niezawodnością, czasami z powtarzającymi się awariami. Według M J Shaio, starszego analityka w GTM Research, jeszcze kilka lat temu było tak, że jedynymi programistami, którzy chcieli zainstalować moduły śledzące, byli ci, którzy byli skłonni zaakceptować znacznie większe ryzyko.

Jednak ostatnio trackery stały się znacznie bardziej innowacyjne. Na przykład użycie GPS do automatycznego wyrównania. Firmy takie jak NEXTracker włączają systemy sterowania do swoich trackerów, które monitorują kąt każdego rzędu paneli słonecznych w czasie rzeczywistym i raportują dokładność śledzenia, aby panele były skierowane bezpośrednio na słońce przez cały czas. Produkt firmy NX Horizon to urządzenie śledzące z własnym zasilaniem (SPT), które ma niezależny silnik, co umożliwia wdrożenie go na każdym rzędzie paneli, co z kolei eliminuje okablowanie i kopanie rowów, a także oszczędza energię.

Niestety, inny innowacyjny system śledzenia, QBotix, nie pojawił się na rynku. QBotix składał się z 200 trackerów z robotami, przy czym pomysł polegał na tym, że każdy robot podróżował do każdego trackera na kolei jednoszynowej z wbudowanymi punktami ładowania robotów. Kolej jednoszynowa prowadzi również okablowanie dla całego systemu, eliminując w ten sposób potrzebę kopania rowów. Roboty dostosowywałyby urządzenia śledzące indywidualnie co 40 minut w ciągu dnia, a także gromadziły dane dotyczące wydajności i niezawodności, których mogłyby użyć do optymalizacji urządzeń śledzących. Brzmi to dość imponująco, poza tym, że firma rozpadła się w sierpniu ubiegłego roku.

Niemniej jednak innowacyjne rozwiązania w zakresie śledzenia słońca sprawiają, że jest on znacznie bardziej atrakcyjny, zwłaszcza w obszarach o wysokim nasłonecznieniu. Wraz z poprawą technologii zaczynają spadać również koszty utrzymania. Obecnie coraz więcej projektów korzysta z trackerów, a rynek się rozwija. W rzeczywistości obecne prognozy wskazują na rynek śledzenia o wartości 6 miliardów dolarów do 2020 roku. To imponujące.


Obejrzyj wideo: SOLAR TRACKING - Śledzenie Słońca (Styczeń 2022).