جهاز تعقب الطاقة الشمسية هو جهاز يقوم بتوصيل حمولة باتجاه الشمس. الحمولات عادة ما تكون عبارة عن ألواح شمسية ، أو أحواض مكافئة ، أو عاكسات فريسنل ، أو عدسات ، أو مرايا لمحلول ضوئي.
بالنسبة للأنظمة الكهروضوئية المسطحة ، يتم استخدام أجهزة التعقب لتقليل زاوية الحدوث بين ضوء الشمس القادم ولوحة الخلايا الفولتية الضوئية. في تطبيقات الخلايا الكهروضوئية المركزة (CPV) وتطبيقات الطاقة الشمسية المركزة (CSP) ، يتم استخدام أجهزة التعقب لتمكين المكونات البصرية في أنظمة CPV و CSP. تقبل البصريات في التطبيقات الشمسية المركزة المكون المباشر من ضوء الشمس ، وبالتالي يجب أن تكون موجهة بشكل مناسب لجمع الطاقة. تم العثور على أنظمة التتبع في جميع تطبيقات المكثف لأن هذه الأنظمة تجمع طاقة الشمس بأقصى كفاءة عندما يتم محاذاة المحور البصري مع الإشعاع الشمسي الساقط.
مبدأ اساسي
يحتوي ضوء الشمس على مكونين ، “الشعاع المباشر” الذي يحمل حوالي 90٪ من الطاقة الشمسية ، و “ضوء الشمس المنتشر” الذي يحمل الباقي – الجزء المنتشر هو السماء الزرقاء في يوم صاف ، وهي نسبة أكبر من مجموع في أيام غائم. نظرًا لأن معظم الطاقة موجودة في الحزمة المباشرة ، فإن تعظيم المجموعة يتطلب أن تكون الشمس مرئية للألواح لأطول فترة ممكنة. ومع ذلك ، يرجى ملاحظة أنه في المناطق الأكثر غائمًا ، يمكن أن تكون نسبة الضوء المباشر في مقابل منخفض تصل إلى 60٪: 40٪ أو أقل.
تسقط الطاقة التي تساهم بها الحزمة المباشرة مع جيب الزاوية بين الضوء الوارد واللوحة. وبالإضافة إلى ذلك ، فإن الانعكاس (المتوسط في جميع عمليات الاستقطاب) ثابت تقريباً لزاوية الورود حتى حوالي 50 درجة ، وبعد ذلك تنخفض الانعكاسات بسرعة.
خسارة الطاقة المباشرة (٪) بسبب اختلال المحاذاة (الزاوية i) حيث Lost = 1 – cos (i)
| أنا | ضائع | أنا | ساعات | ضائع | |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 ° | 0٪ | 15 | 1 | 3.4٪ | |
| 1 ° | 0.015٪ | 30 ° | 2 | 13.4٪ | |
| 3 ° | 0.14٪ | 45 ° | 3 | 30٪ | |
| 8 ° | 1٪ | 60 ° | 4 | > 50٪ | |
| 23.4 ° | 8.3٪ | 75 ° | 5 | > 75٪ |
على سبيل المثال ، يمكن لأجهزة التعقب التي لها دقة ± 5 ° أن تحقق أكبر من 99.6٪ من الطاقة التي يتم توصيلها بواسطة الحزمة المباشرة بالإضافة إلى 100٪ من الضوء المنتشر. ونتيجة لذلك ، لا يتم استخدام التتبع عالي الدقة عادةً في التطبيقات الكهروضوئية غير المركزة.
الغرض من آلية التتبع هو اتباع الشمس أثناء حركتها عبر السماء. في الأجزاء التالية ، التي يتم فيها وصف كل عامل من العوامل الرئيسية بتفاصيل أكثر بقليل ، يتم تبسيط مسار الشمس المعقد من خلال النظر في حركته اليومية الغربية والشرقية بشكل منفصل عن تغييره السنوي بين الشمال والجنوب مع مواسم السنة .
الطاقة الشمسية اعتراضها
كمية الطاقة الشمسية المتاحة للتجميع من الحزمة المباشرة هي كمية الضوء التي تم اعتراضها من قبل اللوحة. ويعطى ذلك من خلال مساحة اللوحة مضروبة في جيب التمام لزاوية الورود المباشرة (انظر الشكل التوضيحي أعلاه). أو بطريقة أخرى ، فإن الطاقة التي تم اعتراضها تعادل مساحة الظل الذي تغطيه اللوحة على سطح عمودي على الشعاع المباشر.
ترتبط علاقة الجيب هذه ارتباطًا وثيقًا بالملاحظة التي رسمها قانون لامبرت التليجي في عام 1760. يصف هذا أن السطوع المرصود لجسم ما يتناسب مع جيب تمام زاوية تواجد الضوء الذي ينيرها.
خسائر عاكسة
ليس كل الضوء الذي تم اعتراضه ينتقل إلى اللوحة – ينعكس القليل على سطحه. يتأثر مقدار الانعكاس بكل من معامل الانكسار للمواد السطحية وزاوية حدوث الضوء الوارد. يختلف المبلغ الموضح أيضًا حسب استقطاب الضوء الوارد. أشعة الشمس القادمة هي خليط من جميع الاستقطابات. وباعتمادها على جميع الاستقطابات ، تكون الخسائر الانعكاسية ثابتة تقريبًا حتى زوايا الإصابة حتى حوالي 50 درجة ، وتتحلل بعد ذلك بسرعة. انظر على سبيل المثال الرسم البياني الأيسر.
حركة الشرق والغرب اليومية للشمس
تنتقل الشمس عبر 360 درجة شرقاً إلى غرباً في اليوم ، ولكن من منظور أي موقع ثابت ، يكون الجزء المرئي 180 درجة خلال فترة نصف يوم متوسطة (أكثر في الربيع والصيف ، أقل ، في الخريف والشتاء). تأثيرات الأفق المحلية تقلل إلى حد ما ، مما يجعل الحركة الفعالة حوالي 150 درجة. ستشهد لوحة شمسية في اتجاه ثابت بين الفجر والغروب أقصى حركة من 75 درجة إلى أي من الجانبين ، وبالتالي ، وفقا للجدول أعلاه ، سوف تفقد أكثر من 75 ٪ من الطاقة في الصباح والمساء. يمكن أن يساعد تدوير اللوحات إلى الشرق والغرب في استعادة تلك الخسائر. يُعرف المتعقب الذي يحاول التعويض عن حركة الشمس الغربية والشرقية كمتتبع أحادي المحور.
حركة الشمال والجنوب الموسمية للشمس
بسبب ميل محور الأرض ، تتحرك الشمس أيضًا خلال 46 درجة شمالًا وجنوبًا خلال عام. نفس المجموعة من الألواح المحددة في منتصف المسافة بين التطرفين المحليتين سوف ترى أن الشمس تتحرك بمقدار 23 درجة على كلا الجانبين. وبالتالي ، ووفقًا للجدول أعلاه ، فإن جهاز تعقب أحادي المحور محاذاً على النحو الأمثل (انظر تعقب متناظر قطبيًا أدناه) سيخسر 8.3٪ فقط في النهايات الموسمية الصيفية والشتوية ، أو حوالي 5٪ في المتوسط على مدار السنة. وعلى العكس من ذلك ، فإن أحد محاور المحور الأحادي المحاذاة عموديا أو أفقيا سيخسر بشكل كبير نتيجة لهذه التغيرات الموسمية في مسار الشمس. على سبيل المثال ، يفقد متعقب عمودي في موقع عند خط عرض 60 درجة ما يصل إلى 40٪ من الطاقة المتاحة في فصل الصيف ، في حين يفقد متعقب أفقي يقع عند خط عرض 25 درجة إلى 33٪ في الشتاء.
يُعرف المتتبع الذي يميز كل من الحركات اليومية والموسمية باسم متتبع المحور المزدوج. بشكل عام ، فإن الخسائر الناتجة عن التغيرات الموسمية في الزوايا معقدة بسبب التغيرات في طول اليوم ، وزيادة التجميع في الصيف في خطوط العرض الشمالية أو الجنوبية. هذا التحيز جمع نحو الصيف ، حتى إذا كانت مائلة اللوحات أقرب إلى متوسط الزوايا الصيفية ، يتم تخفيض إجمالي الخسائر السنوية مقارنة مع نظام يميل في زاوية الانقلاب الربيع / الخريف (وهو نفس خط العرض للموقع).
هناك جدل كبير داخل الصناعة حول ما إذا كان الاختلاف الضئيل في التجميع السنوي بين متتبعي المحاور الفردية والمحاور المزدوجة يجعل التعقيد الإضافي للمقتفي ذي المحورين جديرًا بالاهتمام. أشار استعراض حديث للإحصاءات الفعلية للإنتاج من جنوب أونتاريو أن الفرق كان حوالي 4٪ في الإجمالي ، وهو أقل بكثير من التكاليف الإضافية لنظم المحور المزدوج. ويقارن هذا بشكل غير مواتٍ بالتحسن بنسبة 24-32٪ بين متتبع المصفوفة الثابتة والمُحور أحادي المحور.
عوامل اخرى
سحاب
تفترض النماذج المذكورة أعلاه احتمالية موحدة للغطاء السحابي في أوقات مختلفة من اليوم أو السنة. ﻓﻲ اﻟﻤﻨﺎﻃﻖ اﻟﻤﻨﺎﺧﻴﺔ اﻟﻤﺨﺘﻠﻔﺔ ، ﻳﻤﻜﻦ أن ﻳﻐﻄﻰ اﻟﻐﻄﺎء اﻟﺴﺤﺎﺑﻲ ﻣﻊ اﻟﻔﺼﻮل ، ﻣﻤﺎ ﻳﺆﺛﺮ ﻋﻠﻰ أرﻗﺎم اﻷداء اﻟﻤﺘﻮﺳﻄﺔ اﻟﻤﺬآﻮرة أﻋﻼﻩ بدلاً من ذلك ، على سبيل المثال ، في منطقة يتراكم فيها الغطاء السحابي في المتوسط خلال النهار ، يمكن أن يكون هناك فوائد خاصة في جمع شمس الصباح.
الغلاف الجوي
المسافة التي يضطر فيها ضوء الشمس للتنقل عبر الغلاف الجوي تزداد كلما اقتربت الشمس من الأفق ، حيث يضطر ضوء الشمس إلى الانتقال بشكل قطري عبر الغلاف الجوي. مع ازدياد طول المسير عبر الغلاف الجوي ، تقل كثافة الشمس التي تصل إلى المجمع. ويشار إلى طول المسير المتزايد هذا باسم الكتلة الهوائية (AM) أو معامل الكتلة الهوائية ، حيث AM0 في الجزء العلوي من الغلاف الجوي ، يشير AM1 إلى المسار الرأسي المباشر إلى مستوى سطح البحر مع الشمس فوق ، و AM أكبر من 1 يشير إلى مسارات قطرية بينما يقترب الشمس من الأفق.
على الرغم من أن الشمس قد لا تشعر بحرارة خاصة في الصباح الباكر أو خلال أشهر الشتاء ، إلا أن المسار القطري عبر الغلاف الجوي له تأثير أقل من المتوقع على كثافة الشمس. حتى عندما تكون الشمس فوق 15 درجة فقط فوق الأفق ، يمكن أن تكون شدة الطاقة الشمسية حوالي 60٪ من قيمتها القصوى ، حوالي 50٪ عند 10 و 25٪ عند 5 درجات فقط فوق الأفق. لذلك ، يمكن للتتبع تحقيق فائدة من خلال جمع الطاقة الهامة المتاحة عندما تكون الشمس قريبة من الوضع الأفقي ، وهذا ممكن.
كفاءة الخلايا الشمسية
وبالطبع فإن كفاءة تحويل الطاقة الكامنة للخلية الفولتية الضوئية لها تأثير كبير على النتيجة النهائية ، بغض النظر عما إذا كان التتبع مستخدمًا أم لا. فيما يلي أهمية خاصة لفوائد التتبع:
التركيب الجزيئي
يهدف الكثير من الأبحاث إلى تطوير مواد سطحية لتوجيه أكبر قدر ممكن من الطاقة إلى داخل الخلية وتقليل الخسائر العاكسة.
درجة الحرارة
انخفاض كفاءة الخلايا الشمسية الكهروضوئية مع زيادة درجة الحرارة ، بمعدل حوالي 0.4 ٪ / درجة مئوية. على سبيل المثال ، كفاءة أعلى بنسبة 20٪ عند درجة حرارة 10 مئوية في الصباح الباكر أو الشتاء بالمقارنة مع 60 درجة مئوية في درجة حرارة النهار أو الصيف. لذلك ، يمكن أن يحقق المتتبعون فائدة إضافية عن طريق جمع الطاقة في الصباح والشتاء في وقت مبكر عندما تعمل الخلايا بأعلى كفاءة.
ملخص
يجب أن توظف أجهزة تتبع المركّبات المركزة عملية تتبع عالية الدقة للحفاظ على المجمع عند نقطة التركيز.
لا يحتاج متعقبو اللوحات المسطحة غير المركزة إلى دقة عالية في التتبع:
انخفاض فقدان الطاقة: خسارة أقل من 10٪ حتى عند 25 درجة مئوية
الانعكاس متسقة حتى حول محاذاة 50 درجة
تساهم أشعة الشمس المنتشرة بنسبة 10٪ بشكل مستقل عن التوجه ، ونسبة أكبر في الأيام الغائمة
تتدفق فوائد تتبع أجهزة تجميع اللوحات المسطحة غير المركزة من التالي:
فقدان الطاقة يتحلل بسرعة بعد 30 درجة مئوية
تتوافر قوة كبيرة حتى عندما تكون الشمس قريبة جدًا من الأفق ، على سبيل المثال حوالي 60٪ من الطاقة الكاملة عند 15 درجة فوق الأفق ، حوالي 50٪ عند 10 درجة ، وحتى 25٪ عند 5 درجات فقط فوق الأفق – على وجه الخصوص ذات الصلة عند خطوط العرض العالية و / أو خلال أشهر الشتاء
تكون الألواح الكهروضوئية حوالي 20٪ أكثر كفاءة في البرودة في الصباح الباكر بالمقارنة مع حرارة النهار. وبالمثل أكثر كفاءة في فصل الشتاء من فصل الصيف – والتقاط على نحو فعال في الصباح الباكر والشمس في فصل الشتاء يتطلب تتبع.
هذا قد تستخدم لانتاج كمية كبيرة من التخفيف من الشمس على ما يلي
أنواع المجمعات الشمسية
جامعي الطاقة الشمسية قد يكونون:
لوحات مسطحة غير مركزة ، وعادة ما تكون الضوئية أو الماء الساخن ،
نظم التركيز ، من مجموعة متنوعة من الأنواع.
قد تكون ثابتة أنظمة تركيب جامع الطاقة الشمسية (محاذاة يدويا) أو التعقب. تتطلب الأنواع المختلفة من المجمعات الشمسية وموقعها (خطوط العرض) أنواعاً مختلفة من آليات التتبع. يمكن تكوين أنظمة التتبع على النحو التالي:
جامع ثابت / مرآة متحركة – أي Heliostat
جامع متحرك
غير ثابت تتبع جبل
وعادة ما تكون الألواح الشمسية التجارية والصناعية ذات الأسطح التجارية والصناعية وألواح تسخين المياه بالطاقة الشمسية ثابتة ، وغالبا ما تكون مثبتة على سطح مائل بشكل مناسب. تتضمن مزايا الحوامل الثابتة عبر أجهزة التعقب ما يلي:
المزايا الميكانيكية: بسيطة لتصنيع ، وانخفاض تكاليف التركيب والصيانة.
الرياح التحميل: هو أسهل وأرخص لتوفير جبل متين ؛ يجب تصميم جميع الحوامل بخلاف األلواح الثابتة المثبتة بعناية مع مراعاة تحميل الرياح نظرًا لزيادة التعرض.
الضوء غير المباشر: ما يقرب من 10 ٪ من الإشعاع الشمسي الذي يحدث هو ضوء منتشر ، متاح في أي زاوية من محاذاة المحاذاة مع الشمس.
التسامح مع الاختلال: إن منطقة التجميع الفعالة للوحة مسطحة غير حساسة نسبيًا لمستويات عالية جدًا من المحاذاة مع الشمس – انظر الجدول والرسم التخطيطي في قسم المفاهيم الأساسية أعلاه – على سبيل المثال حتى المحاذاة 25 درجة تقلل من الطاقة الشمسية المباشرة التي يتم جمعها من قبل أقل من 10 ٪.
عادة ما يتم استخدام الحوامل الثابتة بالتزامن مع أنظمة غير مركزة ، إلا أن هناك فئة مهمة من أجهزة تجميع التركيز غير المتعقب ، ذات قيمة خاصة في العالم الثالث ، هي أجهزة الطهي الشمسية المحمولة. هذه تستخدم مستويات منخفضة نسبيا من التركيز ، عادة حوالي 2 إلى 8 صنز ويتم محاذاة يدويا.
بتتبع
على الرغم من أنه يمكن ضبط لوحة مسطحة ثابتة لتجميع نسبة عالية من الطاقة المتاحة في وقت الظهيرة ، تتوفر قدرة كبيرة أيضًا في الصباح الباكر وبعد الظهر في وقت متأخر عندما يصبح اختلال المحاذاة مع لوحة ثابتة مفرطًا في الحصول على نسبة معقولة من الطاقة المتاحة. على سبيل المثال ، حتى عندما تكون الشمس على بعد 10 درجات فقط فوق الأفق ، يمكن للطاقة المتاحة أن تكون حوالي نصف مستويات الطاقة في وقت الظهيرة (أو حتى أكبر اعتمادًا على خطوط العرض ، والموسم ، والظروف الجوية).
وبالتالي فإن الفائدة الأساسية لنظام التعقب هي جمع الطاقة الشمسية لأطول فترة من اليوم ، ومع محاذاة أكثر دقة مع تغير موقع الشمس مع المواسم.
وبالإضافة إلى ذلك ، كلما ازداد مستوى التركيز المستخدم ، كلما أصبح التتبع الدقيق أكثر أهمية ، لأن نسبة الطاقة المشتقة من الإشعاع المباشر أعلى ، وتصبح المنطقة التي تتركز فيها الطاقة المركزة أصغر.
جامع ثابت / مرآة متحركة
لا يمكن تحريك العديد من المجمعات ، على سبيل المثال جامعي درجة الحرارة العالية حيث يتم استرداد الطاقة كسائل ساخن أو غاز (مثل البخار). وتشمل الأمثلة الأخرى التدفئة والإضاءة المباشرة للمباني والطباخات الشمسية الثابتة في المبنى ، مثل عاكسات Scheffler. في مثل هذه الحالات ، من الضروري استخدام مرآة متحركة بحيث ، بغض النظر عن مكان وضع الشمس في السماء ، يتم إعادة توجيه أشعة الشمس إلى المجمع.
نظرًا للحركة المعقدة للشمس عبر السماء ، ومستوى الدقة المطلوبة لتوجيه أشعة الشمس نحو الهدف بشكل صحيح ، تستخدم مرآة المرآة بشكل عام نظامًا لتتبع المحاور المزدوجة ، مع محور واحد على الأقل آلي. في التطبيقات المختلفة ، قد تكون المرايا مسطحة أو مقعرة.
جامع متحرك
يمكن تجميع المتتبعين إلى فئات حسب عدد واتجاهات محاور التعقب. مقارنةً بالتثبيت الثابت ، يزيد جهاز تعقب المحور الفردي من الإنتاج السنوي بنسبة 30٪ تقريبًا ، ويزيد تعقب المحور الثنائي بنسبة 10-20٪ إضافية.
يمكن تصنيف أجهزة التعقب الضوئية الضوئية إلى نوعين: المقاييس الفولتية الضوئية (PV) وتتبع الطاقة الضوئية المركزة (CPV). يمكن تصنيف كل نوع من أنواع المقتفي هذه بشكل إضافي من خلال عدد واتجاهات محاورها ، وبنية المشغل ونوع محركها ، وتطبيقاتها المقصودة ، ودعمها الرأسي وأسسه.
جبل عائم جبل
يمكن بناء أجهزة تعقب الطاقة الشمسية باستخدام أساس “عائم” ، يوضع على الأرض دون الحاجة إلى أسس خرسانية مجتاحة. بدلاً من وضع المتتبع على أسس خرسانية ، يتم وضع جهاز التعقب على وعاء من الحصى يمكن ملؤه بمجموعة متنوعة من المواد ، مثل الرمل أو الحصى ، لتأمين تعقب على الأرض. يمكن لهذه التعقبات “العائمة” الحفاظ على نفس حمولة الرياح كتتبع مثبت تقليدي ثابت. يزيد استخدام أجهزة التعويم العائمة من عدد المواقع المحتملة لمشاريع الطاقة الشمسية التجارية حيث يمكن وضعها فوق مدافن القمامة أو في الأماكن التي لا يمكن فيها تأسيس الأساسات المحفورة.
غير الضوئية المتعقبة (PV) بتتبع
الألواح الكهروضوئية تقبل الضوء المباشر والمنتشر من السماء. تجمع الألواح الخاصة بتتبع الطاقة الضوئية القياسية كل من الضوء المباشر والمنتشر المتاح. يتم استخدام وظيفة التتبع في أجهزة التعقب الضوئية القياسية لتقليل زاوية حدوث الضوء بين الضوء الوارد واللوحة الفولطاضوئية. هذا يزيد من كمية الطاقة التي يتم جمعها من المكون المباشر لأشعة الشمس القادمة.
تعمل الفيزياء التي تعمل على التتبع الكهروضوئي المعياري (PV) مع جميع تقنيات وحدات الفولتية الضوئية القياسية. وتشمل هذه الأنواع جميع أنواع ألواح السليكون البلورية (إما أحادي سي ، أو متعدد سي) وجميع أنواع ألواح الأفلام الرقيقة (السليكون غير المتبلور ، CdTe ، CIGS ، الجريزوفولاسين).
أجهزة تركيز الفولت ضوئية المركزة (CPV)
تقبل البصريات في وحدات CPV المكون المباشر للضوء الوارد وبالتالي يجب توجيهها بشكل مناسب لزيادة الطاقة التي يتم جمعها. في تطبيقات التركيز المنخفض يمكن أيضًا التقاط جزء من الضوء المنتشر من السماء. يتم استخدام وظيفة التعقب في وحدات CPV لتوجيه البصريات بحيث يتركز الضوء الوارد على مجمع كهروضوئي.
يجب تتبع وحدات CPV التي تركز في بُعد واحد بشكل طبيعي للشمس في محور واحد. يجب تتبع وحدات CPV التي تركز في بعدين بشكل طبيعي للشمس في محورين.
متطلبات الدقة
تتطلب الفيزياء وراء البصريات CPV زيادة دقة التتبع مع زيادة نسبة تركيز الأنظمة. ومع ذلك ، بالنسبة لتركيز معين ، توفر بصريات nonimaging أكبر زوايا قبول ممكنة ، والتي يمكن استخدامها لتقليل دقة التتبع.
يجب أن تكون دقة التتبع في الأنظمة عالية التركيز التقليدية في نطاق ± 0،1 لتوصيل حوالي 90٪ من خرج القدرة المقدرة. في أنظمة التركيز المنخفض ، يجب أن تكون دقة التتبع في نطاق ± 2.0 درجة لتسليم 90٪ من خرج القدرة المقدرة. ونتيجة لذلك ، تكون أنظمة تتبع الدقة العالية نموذجية.
التقنيات المدعومة
يتم استخدام أجهزة التتبع الضوئية المركزة مع أنظمة المكثفات الانكسارية والانعكاسية. هناك مجموعة من تقنيات الخلايا الضوئية الناشئة المستخدمة في هذه الأنظمة. وتتراوح هذه المستقبِلات من المستقبِلات الكهروضوئية التقليدية القائمة على السيليكون إلى أجهزة استقبال ثلاثية الجيروم المستندة إلى الجرمانيوم.
محاور محور واحد
متتبعات محور أحادي لها درجة واحدة من الحرية التي تعمل كمحور للتناوب. تتم محاذاة محور دوران محاور المحور الأحادي بشكل نموذجي على طول خط الطول الشمالي الحقيقي. من الممكن مواءمتها في أي اتجاه أساسي مع خوارزميات التتبع المتقدمة. هناك العديد من التطبيقات الشائعة لتتبعات المحاور الفردية. تتضمن هذه المقتفيات أجهزة تعقب أحادية المحور الأفقي (HSAT) ، ومُحاور محاور أحادي أفقي مع وحدات مائلة (HTSAT) ، وأجهزة تعقب أحادية المحور (VSAT) ، وتتبعات محاور أحادية مائلة (TSAT) وتتبعات محاور أحادية محاذاة قطبية (PSAT). من المهم تحديد اتجاه الوحدة فيما يتعلق بمحور التعقب عند أداء النمذجة.
أفقي
تعقب أحادي المحور الأفقي (HSAT)
يكون محور الدوران للمتعقب الأفقي للمحور الأفقي أفقيًا بالنسبة للأرض. يمكن مشاركة المشاركات في أي من نهايتي محور الدوران لمُحَوِّل محور أحادي أفقي بين أدوات التعقب لخفض تكلفة التركيب. هذا النوع من تعقب الطاقة الشمسية هو الأكثر ملاءمة للمناطق ذات خطوط العرض المنخفضة. إن التخطيطات الميدانية ذات تعقبات أحادية المحور الأفقي مرنة للغاية. تعني الهندسة البسيطة أن الاحتفاظ بجميع محاور الدوران بالتوازي مع بعضها البعض هو كل ما هو مطلوب لوضع المتتبعين بشكل مناسب فيما يتعلق ببعضهم البعض. يمكن أن يؤدي التباعد المناسب إلى زيادة نسبة إنتاج الطاقة إلى التكلفة ، وهذا يعتمد على الظروف المحلية للتضاريس والتظليل والقيمة الزمنية اليومية للطاقة المنتجة.التراجع هو أحد وسائل حساب الترتيب للألواح. عادة ما يكون للتعقب الأفقي وجه الوحدة النمطية المتوازية لمحور الدوران. وباعتبارها وحدة نمطية ، فإنها تجتاح أسطوانة متناظرة دورانياً حول محور الدوران. في المجرات الأفقية أحادية المحور ، يتم دعم أنبوب أفقي طويل على محامل مثبتة على أبراج أو إطارات. محور الأنبوب على خط الشمال والجنوب. يتم تركيب الألواح على الأنبوب ، وسوف يدور الأنبوب على محوره لتتبع الحركة الظاهرة للشمس طوال اليوم.
محدد أفقي أحادي المحور مع وحدات مائلة (HTSAT)
في HSAT ، يتم تثبيت وحدات مسطحة عند 0 درجة ، بينما في HTSAT ، يتم تثبيت وحدات في إمالة معينة. يعمل على نفس مبدأ HSAT ، مع الحفاظ على محور الأنبوب الأفقي في خط الشمال والجنوب وتدوير الوحدات الشمسية من الشرق إلى الغرب طوال اليوم. عادة ما تكون هذه المتعقبات مناسبة في مواقع خطوط العرض المرتفعة ولكنها لا تأخذ مساحة كبيرة من المساحة التي يستهلكها متعقب المحور الرأسي المفرد (VSAT). لذلك ، فإنه يجلب مزايا VSAT في متعقب أفقي ويقلل من التكلفة الإجمالية لمشروع الطاقة الشمسية.
عمودي
تعقب عمودي أحادي المحور (VSAT)
محور الدوران للتتبع الرأسي أحادي المحور هو عمودي بالنسبة للأرض. هذه المتتبعين تناوب من الشرق إلى الغرب على مدار اليوم. ومثل هذه المتتبعات أكثر فعالية في خطوط العرض المرتفعة مقارنة بتتبعات المسارات الأفقية. يجب أن تأخذ التخطيطات الميدانية بعين الاعتبار التظليل لتجنب خسائر الطاقة غير الضرورية ولتحسين الاستفادة من الأراضي. كما أن التحسين الكافي للتعبئة الكثيفة محدود بسبب طبيعة التظليل على مدار السنة. عادة ما يكون لتعقّبات المحور الرأسي أحاديًا وجه الوحدة الموجّهة بزاوية فيما يتعلق بمحور الدوران. وباعتبارها وحدة نمطية ، فإنها تجتاح المخروط المتناظر دورانياً حول محور الدوران.
يميل
ممر محور أحادي مائل (TSAT)
تعتبر جميع أجهزة التعقب ذات محاور الدوران بين الأفقي والرأسي متبعات محور أحادية مائلة. غالبًا ما تقتصر زوايا الميل المقتفي على تقليل الملف الجانبي للريح وتقليل ارتفاع النهاية المرتفع. مع التراجع ، يمكن أن تكون معبأة دون التظليل عمودي على محور دورانها في أي كثافة.ومع ذلك ، فإن التعبئة بالتوازي مع محاور دورانها محدودة بزاوية الميل وخط العرض. عادة ما يكون لتتبعات المحور الأحادية المائلة وجه الوحدة النمطية الموازية لمحور الدوران. وباعتبارها وحدة نمطية ، فإنها تجتاح أسطوانة متناظرة دورانياً حول محور الدوران.
محاور المحور المزدوج
متتبعات المحور المزدوج لها درجتان من الحرية تعمل كمحاور للتناوب. هذه المحاور عادة ما تكون طبيعية لبعضها البعض. يمكن اعتبار المحور الذي يتم إصلاحه بالنسبة إلى الأرض محورًا أساسيًا. يمكن اعتبار المحور المشار إليه إلى المحور الأساسي محورًا ثانويًا. هناك العديد من التطبيقات الشائعة لتتبع المحاور المزدوجة. يتم تصنيفها حسب اتجاه محاورها الأساسية فيما يتعلق بالأرض. هناك تطبيقان شائعان هما أجهزة تعقب المحاور ثنائية المحور (TTDAT) وتعقب المحور المزدوج على ارتفاع السمت (AADAT). من المهم تحديد اتجاه الوحدة فيما يتعلق بمحور التعقب عند أداء النمذجة. عادة ما يكون للمقاييس ثنائية المحور وحدات نمطية متوازية مع المحور الثانوي للدوران. تتيح أدوات تعقب المحور المزدوج الحصول على مستويات الطاقة الشمسية المثلى نظرًا لقدرتها على تتبع الشمس رأسيًا وأفقيًا. وبغض النظر عن مكان وجود الشمس في السماء ، فإن متعقب المحور المزدوج قادرون على زاوية أنفسهم ليكونوا على اتصال مباشر مع الشمس.
تلميح إمالة
تم تسميك متعقب المحور المزدوج ذو طرف طرف (TTDAT) لأن مصفوفة اللوحة مركبة على قمة القطب. عادةً ما تكون حركة الشرق والغرب مدفوعة بتدوير الصفيف حول قمة القطب. أعلى المحمل الدوار هي آلية T- أو H- التي توفر دوران عمودي للألواح وتوفر نقاط التركيب الرئيسية للمصفوفة. يمكن مشاركة المشاركات في أي من نهايتي محور الدوران الأساسي لمسار المحور المزدوج ذي طرف طرف بين أجهزة التعقب لتخفيض تكاليف التركيب.
تشتمل أدوات تتبع TTDAT الأخرى على محور أفقي أساسي ومحور متعامد تابع. تم إصلاح محور السمتي الرأسي. وهذا يسمح بمرونة كبيرة في اتصال الحمولة بالمعدات المثبتة على الأرض بسبب عدم وجود التواء للكابلات المحيطة بالقطب.
تتميز المخططات الميدانية بتتبعات المحاور ثنائية الإمالة مرنة للغاية. الهندسة البسيطة تعني أن إبقاء محاور الدوران متوازية مع بعضها البعض هو كل ما هو مطلوب لوضع المتتبعين بشكل مناسب فيما يتعلق ببعضهم البعض. عادة يجب أن يتم وضع المتتبعين عند كثافة منخفضة إلى حد ما من أجل تجنب تعقب واحد يلقي بظلاله على الآخرين عندما تكون الشمس منخفضة في السماء. يمكن لتعقب إمالة التلميحات تعويض هذا عن طريق إمالة أقرب إلى المستوى الأفقي لتقليل التظليل العلوي ، وبالتالي زيادة القدرة الكلية التي يتم جمعها.
السمت علو
يوجد في محور المحور المزدوج (alt-azimuth) لمحور المحور المزدوج (AADAT) محوره الأساسي (محور السمت) رأسيًا على الأرض. المحور الثانوي ، الذي يُسمى غالبًا محور الارتفاع ، عادة ما يكون طبيعيًا إلى المحور الأساسي. وهي تشبه أنظمة طرف الإمالة في التشغيل ، ولكنها تختلف في طريقة تدوير الصفيف للتتبع اليومي. بدلاً من تدوير المصفوفة حول الجزء العلوي من القطب ، تستطيع أنظمة AADAT استخدام حلقة كبيرة مثبتة على الأرض مع المصفوفة المركبة على سلسلة من البكرات. تتمثل الميزة الرئيسية لهذا الترتيب في توزيع وزن الصفيف على جزء من الحلقة ، على عكس نقطة التحميل الواحدة للقطب في TTDAT. هذا يسمح AADAT لدعم المصفوفات أكبر من ذلك بكثير. على عكس TTDAT ، ومع ذلك ، لا يمكن وضع نظام AADAT أقرب من قطر الحلقة ، مما قد يقلل من كثافة النظام ، خاصة بالنظر إلى التظليل المتداخل.
البناء والبناء (الذاتي)
كما هو موضح في وقت لاحق ، فإن التوازن الاقتصادي بين تكلفة لوحة وتتبع ليست تافهة. إن الانخفاض الحاد في تكلفة الألواح الشمسية في أوائل عام 2010 جعل الأمر أكثر صعوبة لإيجاد حل معقول. كما يتبين من ملفات الوسائط المرفقة ، فإن معظم الإنشاءات تستخدم مواد صناعية و / أو ثقيلة غير مناسبة للورش الصغيرة أو الحرفية. حتى العروض التجارية مثل “مجموعة متكاملة – 1KW – أحادية المحور – لوحة شمسية – نظام تتبع – خطي – محرك – كهربائي – جهاز تحكم – لأشعة الشمس – الشمسية / 1279440_2037007138” لديها حلول غير مناسبة (صخرة كبيرة) لتحقيق الاستقرار . بالنسبة إلى البناء الصغير (للهواة / المتحمسين) ، يجب الالتزام بالمعايير التالية: الاقتصاد ، واستقرار المنتجات النهائية ضد المخاطر الأولية ، وسهولة التعامل مع المواد والنجارة.
اختيار نوع المقتفي
يعتمد اختيار نوع المتعقب على العديد من العوامل بما في ذلك حجم التركيب ، ومعدلات الكهرباء ، والحوافز الحكومية ، وقيود الأراضي ، وخطوط العرض ، والطقس المحلي.
تُستخدم أدوات التتبع الأفقي للمحور الأفقي عادةً في مشاريع التوليد الموزعة الكبيرة والمشاريع ذات نطاق المرافق. يؤدي الجمع بين تحسين الطاقة وانخفاض تكلفة المنتج وانخفاض تعقيد التركيب إلى اقتصادات مقنعة في عمليات النشر الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأداء القوي في فترة ما بعد الظهيرة مرغوب بشكل خاص للأنظمة الضوئية الكهربية المرتبط بشبكة كبيرة ، بحيث يتوافق الإنتاج مع وقت الذروة في الطلب.ويضيف متتبعو المحور الأفقي أيضا كمية كبيرة من الإنتاجية خلال فصلي الربيع والصيف عندما تكون الشمس مرتفعة في السماء. كما أن القوة المتأصلة في هيكل الدعم وبساطة الآلية ينتج عنها أيضًا موثوقية عالية مما يحافظ على انخفاض تكاليف الصيانة. نظرًا لأن اللوحات أفقية ، يمكن وضعها بشكل مضغوط على أنبوب المحور دون خطر التظليل الذاتي ويمكن أيضًا الوصول إليها بسهولة للتنظيف.
محاور المحور الرأسي تتمحور فقط حول المحور الرأسي ، مع اللوحات إما عمودية ، في زاوية ارتفاع ثابتة ، قابلة للتعديل ، أو مجنزرة.وتعتبر أجهزة التعقب هذه ذات الزوايا الثابتة أو (الموسمية) مناسبة لخطوط العرض المرتفعة ، حيث لا يكون المسار الشمسي الواضح مرتفعًا بشكل خاص ، ولكن يؤدي إلى أيام طويلة في الصيف ، مع مرور الشمس عبر قوس طويل.
عادة ما يتم استخدام متتبعات المحور المزدوج في المنشآت والمواقع السكنية الأصغر حجماً ذات الرسوم الحكومية العالية للغاية في التعريفات.
متعدد مرآة التركيز PV
يستخدم هذا الجهاز مرايا متعددة في مستوى أفقي لتعكس ضوء الشمس إلى أعلى إلى نظام كهروضوئي ذي درجة حرارة عالية أو نظام آخر يتطلب طاقة شمسية مركزة. يتم تخفيض المشاكل الهيكلية والمصروفات بشكل كبير لأن المرايا لا تتعرض بشكل كبير لأحمال الرياح. من خلال استخدام آلية حاصلة على براءة اختراع ، لا يلزم سوى اثنين من أنظمة القيادة لكل جهاز. نظرًا لتكوين الجهاز ، فإنه مناسب بشكل خاص للاستخدام على الأسطح المستوية وعند خطوط العرض السفلية. توضح الوحدات أن كل منتج ينتج ما يقرب من 200 واط DC واط.
يتم تشغيل نظام مرآة عاكسة متعددة جنبا إلى جنب مع برج الطاقة المركزية في سييرا SunTower ، وتقع في لانكستر بولاية كاليفورنيا. ومن المقرر أن تبدأ محطة توليد الطاقة هذه التي تديرها eSolar عملياتها في 5 أغسطس 2009. ويستخدم هذا النظام ، الذي يستخدم عدة مروحيات في محاذاة بين الشمال والجنوب ، أجزاء مسبقة الصنع والبناء كطريقة لتقليل تكاليف التشغيل والتشغيل.
أنواع محركات الأقراص
تعقب نشط
تستخدم أجهزة التعقب النشطة محركات وقطارات تروس لإجراء التتبع الشمسي. ويمكنهم استخدام المعالجات الدقيقة وأجهزة الاستشعار ، والخوارزميات المستندة إلى التاريخ والوقت ، أو مزيج من الاثنين للكشف عن موضع الشمس. من أجل السيطرة على حركة هذه الهياكل الضخمة وإدارتها ، تم تصميم محركات الدوران الخاصة واختبارها بدقة. التقنيات المستخدمة لتوجيه تعقب تتطور باستمرار والتطورات الأخيرة في غوغل وإيتنيجي شملت استخدام الحبال السلكية والروافع لتحل محل بعض المكونات أكثر تكلفة وأكثر هشاشة.
يمكن تطبيق محركات الدوران العاكسة الدورانية على شكل دعامة ثابتة لإنشاء طريقة تتبع “متعددة المحاور” تقضي على الدوران النسبي للمحاذاة الطولية. هذه الطريقة إذا وضعت على عمود أو عمود ستولد المزيد من الكهرباء مقارنة بالـ PV الكهروضوئية ولن تتدفق صفيفها الكهروضوئي أبداً إلى ممر لوقوف السيارات. كما سيسمح بحد أقصى لتوليد الطاقة الشمسية في أي اتجاه لصف / موقف صف السيارات ، بما في ذلك الدائرية أو المنحنية.
كما يتم استخدام متتبعات نشطة ثنائية المحور لتوجيه الهليوستات – مرايا متحركة تعكس ضوء الشمس نحو امتصاص محطة طاقة مركزية. بما أن كل مرآة في حقل كبير سيكون لها اتجاه فردي يتم التحكم فيها برمجيًا من خلال نظام كمبيوتر مركزي ، والذي يسمح أيضًا بإغلاق النظام عند الضرورة.
عادة ما تحتوي أجهزة التعقب الضوئي على محورين ضوئيين أو أكثر ، مثل الديودات الضوئية ، التي تم تكوينها بشكل مختلف بحيث يتم إخراجها عند تلقي نفس تدفق الضوء. ميكانيكياً ، يجب أن تكون أحادية الاتجاه (أي مسطحة) وتستهدف 90 درجة منفصلة. سيؤدي ذلك إلى زيادة التوازن بين وظائف نقل جيب التمام في الجزء الأكثر انحدارًا ، والذي يترجم إلى أقصى حد من الحساسية.
تعقب السلبي
تستخدم أجهزة التعقب السلبية الأكثر شيوعًا سائل غاز مضغوط منخفض نقطة الغليان يتم دفعه إلى جانب واحد أو آخر (عن طريق الحرارة الشمسية ، مما يؤدي إلى ضغط الغاز) لإحداث تعقب في الاستجابة لعدم التوازن. بما أن هذا هو توجه غير دقيق فإنه غير مناسب لأنواع معينة من المجمعات الضوئية المركزة ولكنه يعمل بشكل جيد لأنواع الألواح الكهروضوئية الشائعة. هذه سوف يكون لها مخمدات لزجة لمنع الحركة المفرطة استجابة لرياح الرياح. يتم استخدام Shader / reflectors لتعكس ضوء الشمس في الصباح الباكر “لتنشيط” اللوحة وإمالتها نحو الشمس ، والتي يمكن أن تستغرق ما يقرب من ساعة. يمكن تقليل وقت القيام بذلك إلى حد كبير عن طريق إضافة tiedown ذاتية الإطاحة التي تضع اللوحة قليلاً بعد السمت (بحيث لا يضطر السائل إلى التغلب على الجاذبية) واستخدام tiedown في المساء. (سيؤدي الربيع الزنبركى إلى منع الإطلاق في ظروف عاصفة طوال الليل.)
نوع جديد من المتتبع السلبي للألواح الشمسية الكهروضوئية يستخدم صورة ثلاثية الأبعاد خلف خطوط من الخلايا الضوئية حتى يمر ضوء الشمس من خلال الجزء الشفاف من الوحدة وينعكس على الصورة الثلاثية الأبعاد. هذا يسمح ضوء الشمس لضرب الخلية من الخلف ، وبالتالي زيادة كفاءة الوحدة. كذلك ، لا يتعين على اللوحة التحرك لأن الصورة الثلاثية الأبعاد تعكس دائمًا ضوء الشمس من الزاوية الصحيحة نحو الخلايا.
تتبع يدوي
في بعض الدول النامية ، تم استبدال محركات الأقراص من قبل المشغلين الذين يقومون بتعديل أجهزة التعقب. هذا له فوائد القوة ، وجود الموظفين لصيانة وخلق فرص العمل للسكان في محيط الموقع.