Система управления ориентацией солнечных батарей

Солнечные трекеры

Эффективность солнечных электростанций любого типа напрямую зависит от ориентации на солнце поверхностей панелей или отражающих зеркал. Обеспечить их оптимальное положение относительно светила помогают специальные конструкции – солнечные трекеры. Чем больше степеней свободы имеет поворотное устройство, и чем выше уровень его автоматизации, тем производительнее окажется ваша СЭС.

Общие сведения

Конструкция трекера универсальна и может управлять разворотом:

• модульных полупроводниковых фотоэлектрических батарей;
• параболических зеркал, предназначенных для фокусировки лучей на двигателе Стирлинга или нагревательном баке;
• оптических устройств линзового типа;
• прочих систем на базе PV, CPV, HCPV или CSP улавливателей излучения.

В зависимости от технологических возможностей механизма, трекер для солнечных панелей обеспечивает ориентацию рабочих поверхностей на солнце предельно близко к идеальным 90°. В бюджетных моделях периодическое изменение угла наклона приходится делать вручную. Устройства premium класса изменяют ориентацию автоматически, в режиме реального времени.

Стандартный трекер для солнечных батарей включает следующие комплектующие:

1. Несущую конструкцию. Исполняется в виде поворотного механизм на прочной опоре. Вращение может производиться в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
2. Устройство позиционирования. Отвечает за управление подвижными механизмами, в технической документации обозначенными как актуаторы.
3. Блок систем безопасности. Электронная часть комплекса. Защищает систему от перегрузок, перепадов напряжения, ударов молнии и пр. Модели элитного класса оснащаются встроенной миниатюрной метеостанцией, которая при начинающихся сильных ветрах, снегопадах и ливнях дает команду на разворот модулей в безопасное положение.
4. Блок управляющих систем. Обеспечивает возможность удаленного управления системой с любого электронного гаджета, на котором установлено соответствующее ПО.
5. Система навигации. Обычно присутствует в трекерах на мобильных, способных перемещаться платформах. Предназначается для изменения данных о новом местоположении конструкции – географических параметров широты и долготы.
6. Инвертор. Выполняет функцию преобразователя, в том числе и для подачи питания 220V на электродвигатели самого трекера.

Примечание: Уровень технологичности трекера выбирается в зависимости от стоящих перед СЭС задач. Ввиду высокой стоимости оборудования использование подобных систем в маломощных системах экономически нецелесообразно.

Солнечный трекер – принципиальные характеристики

Обязательным набором требований к трекерам любого класса являются:

• большой запас статической и динамической прочности, достаточный для обеспечения устойчивости конструкции при сильных ветрах, граде, ливнях и песчаных бурях;
• максимальная устойчивость к коррозии;
• долговечность и высокое качество поворотных механизмов, особенно частей, подвергающихся трению.

Для наиболее крупных систем желательно наличие встроенных метеостанций. Это даст безусловную гарантию автоматического разворота модулей значительного размера в безопасное положение – торцевой частью к направлению ветра.

Разновидности трекеров для солнечных панелей

Ввиду широкого диапазона спектра требований к этим дорогостоящим установкам, их ассортимент достаточно велик. Уровень технической оснащенности и «продвинутости» трекеров всегда подбирается под конкретные цели, с учетом финансовых затрат. Экономическая целесообразность их приобретения рассчитывается просто – как соотношение средств на приобретение к росту производительности станции, умноженному на стоимость киловатта. Если затраты оказываются меньше потенциальной прибыли, приобретение имеет смысл.

Трекеры одноосные

Отсутствие второй оси делает эту категорию менее дорогостоящей. Направление вращения произвольно и определяется индивидуально, в зависимости от места строительства СЭС.

Существует четыре вида таких трекеров:

• по вертикали – VSAT;
• по горизонтали – HSAT;
• вокруг наклонной оси – TSAT;
• полярное вращение, относительно стороны света – PASAT.

Управляющие алгоритмы носят название SPA (Solar Position Algorithm), и встраиваются в программное обеспечение.

Оптимальная единственная ось определяется по нескольким характеристикам.

1. Вертикальная – Vertical Single Axis Tracker (VSAT). Применяется преимущественно для станций, расположенных в высоких широтах, от 50° северной широты и выше. Вращение осуществляется с Востока на Запад. Выбор связан с низким расположением солнца и позволяет избежать взаимного затенения соседних солнечных блоков, по мере движения светила вдоль горизонта/

2. Горизонтальная – Horizontal Single Axis Tracker (HSAT). Солнечные трекеры с таким направлением вращения оптимальны в низких широтах. Панели или зеркала на протяжении суток медленно поворачиваются с Севера на Юг. Во избежание частичного затенения трубные крепления модулей с системами HSAT необходимо монтировать строго параллельно.

3. Наклонная – Tilted single axis tracker (TSAT). Чаще всего применяется в электростанциях, расположенных на местностях с небольшим уклоном или ступенчато. Выбор направления обусловлен той же причиной – недопустимостью падения тени даже на незначительную часть любой батареи.

4. Полярная – Polar aligned single axis trackers(PASAT). Для средних широт данная конструкция с одной осью признана оптимальной. Поскольку система управления ориентируется на положение Полярной звезды, то угол наклона модулей всегда совпадает с географической широтой местности.

Двухосные солнечные трекеры

Поворотные механизмы с двумя степенями свободы обеспечивают солнечным панелям максимально точную ориентацию на солнце. Это повышает удельную производительность электростанций на 25-40%, и для систем большой мощности полностью оправдывает дополнительные расходы.

Существует две модификации двухосных конструкций трекеров:

1. Tip-Tilt Dual Axis Tracker (TTDAT). Основой механизма является крупный шаровой подшипник и удлиненная сверхпрочная опора. Вращение производится вдоль горизонтальной и вертикальной осей. Управление в большинстве случаев электронное.
2. Azimuth-Altitude Dual Axis Tracker (AADAT). Наиболее современный и функциональный вариант с азимутной базовой ориентацией. Оригинальным конструктивным решением служит замена шарового механизма поворота на кольцо, с размещением последнего на отдельной платформе. Преимуществом данной разновидности следует назвать возможность монтажа на солнечном трекере типа AADAT сразу значительного числа батарей. Вынужденный недостаток – необходимость увеличивать расстояние между соседними опорными конструкциями из-за большого диаметра кольца. Смена ориентации панелей осуществляется исключительно электроникой.

Варианты управления механизмов позиционирования

Таковых существует три – ручной, автоматический и полуавтоматический способы.

1. Ручное управление

Бюджетные, преимущественно одноосные модели трекеров для солнечных батарей предполагают механическое управление поворотными механизмами. Осуществляется оно полностью вручную, либо с помощью конструкций, называемых актуаторами. В отличие от изменения угла наклона панелей простым поворотом рук, актуаторы управляются специальными тумблерами. При большом количестве панелей это кратно экономит время и не требует применения физической силы. Полностью ручное изменение позиции солнечных панелей производится 2-4 раза в год, обычно весной и осенью. Система с актуаторами применяется для корректировки значительно чаще, примерно раз в месяц.

2. Автоматическое управление

Премиальный класс использует более дорогостоящие, но максимально эффективные автоматические системы изменения позиционирования. Специализированное программное обеспечение осуществляет управление по алгоритму SPA (SolarPosition Algorithm), в on-line режиме отслеживая положение солнца по ниже приведенной схеме.

Информацию о перемещении светила, исполнительные механизмы получают в результате математического расчета основанных на координатах расположения трекера. Преимущество автоматических систем заключается в постоянном определении идеальной позиции панелей без участия человека.

3. Полуавтоматическое управление

Применяется с целью экономии средств на дорогостоящую электронику и ПО. Вместо защищенного компьютерного блока используется достаточно простой логический контроллер с таймером. Время изменения позиции выставляется владельцем вручную.

Принципы выбора трекеров для солнечных панелей

Основным правилом выбора трекерной конструкции является её максимальная целесообразность для конкретных индивидуальных условий – мощности станции, места её расположения, наличия центральной сети и себестоимости элетроэнергии.

В качестве общих рекомендаций можно предложить:

1. Одноосный HSAT с вращением по горизонтали – для низких широт и сравнительно маломощных СЭС. Эти системы не слишком дороги, и максимально эффективны во 2-й половине дня, при увеличенном энергопотреблении.
2. Одноосный VSAT с вращением по вертикали – в северных регионах, где поворот за солнцем производится по направлению Восток-Запад.
3. Двухосные TTDAT и AADAT – для крупных электростанций, где прибыль от минимального повышения производительности с запасом перекрывает затраты на покупку солнечных трекеров.

Похожие статьи

Новые технологии в производстве солнечных батарей. Будущее уже тут.

Применяя инновационные решения, в производстве солнечных модулей, постоянно происходят различные улучшения эффективности, уменьшения влияния затенения и повышения надежности, при этом несколько производителей в настоящее время дают гарантию производительности до 30 лет. Учитывая все новые доступные варианты выбора, стоит провести некоторые исследования, прежде чем инвестировать в солнечную установку. В нашей полной обзорной статье о солнечных панелях мы расскажем, как выбрать надежную солнечную панель и на что обратить внимание.

Из чего делают солнечные батареи: особенности строения различных поколений панелей

До недавних пор на вопрос «из чего делают солнечные батареи» существовал всего один ответ – из кремниевых ячеек в жесткой раме с толстым защитным стеклом. Сегодня ситуация кардинально изменилась, хотя панели на основе кремния по-прежнему занимают бОльшую часть мирового рынка.

Если вам сложно определиться с выбором, напишите нам через форму обратной связи

Если вы не нашли то, что искали, воспользуйтесь поиском по магазину

Товары со скидками, ограниченное предложение, успейте купить выгодно!

Источник

Актуаторы в системе слежения солнечных батарей

Тема альтернативных безопасных источников электрической энергии актуальна сегодня как никогда — существует немало научных исследований и трудов на эту тему. Атомная и гидро- энергетика несут угрозу окружающей среде, а вот солнечная энергия признана одной из самых безопасных. Но эффективность солнечных станций зависит от правильной конструкции. Доказано: больше энергии аккумулируют панели, которые перемещаются вслед за солнцем в течение дня в разных плоскостях. Для устройства системы слежения (солнечного трекера) активно применяются актуаторы для солнечных батарей. Актуатор еще называют исполнительным устройством.

Солнечные трекеры

Актуатор: устройство и назначение

Назначение этих механизмов – изменять положение подвижной части трекера, и тем самым менять положение собственно панели (зеркала). По сути, они отвечают за правильную ориентацию фотоэлементов и поэтому входят в состав системы ориентации трекера солнечных батарей. В конструкции трекера может быть одно-два исполнительных устройства, в зависимости от того в скольких плоскостях будет происходить перемещение фотоэлементов.

Актуатор, который применяются в солнечных трекерах, имеет довольно простое строение. Они состоят из собственно исполнительного устройства (также называемого механизмом) и регулирующего органа. Простой механизм с двигателем будет выглядеть следующим образом: выдвижной шток, двигатель, редуктор.

Устройство трекера

Все трекеры имеют примерно одинаковое строение. Полная комплектация этих механизмов включает:

• Несущие конструкции – у них есть подвижные и фиксированные части. Подвижная часть конструкции может иметь как одну ось вращения (обычно горизонтальную), так и две. Именно этой частью и управляют актуаторы. Без них выстроить панель определенным образом не возможно.
• Уже упомянутый механизм ориентации. В его состав входят кроме исполнительных устройств, также специальные приборы, которые осуществляют управление ими.
• Механизмы, обеспечивающие защиту от молний, перегрузок, навигацию, стабилизацию и пр.
• Удалённый доступ.
• Инвертор для преобразования энергии.

Но сборка такого трекера не всегда экономически выгодна. Поэтому чаще всего, он имеет упрощенное строение – из несущей конструкции, актуаторов и системы управления ними.

Способы управления системой ориентации трекера

Устройства данного типа позволяют выставить панель таким образом, чтобы лучи попадали на ее поверхность строго перпендикулярно. Это главное условие эффективности батарей. Таким образом можно аккумулировать больше энергии в течение светового дня.

Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.

Добиваются такого положения несколькими способами:

• В одном из них применяют фотоприемники. Они получают данные о положении солнца и помогают ориентировать нужным образом фотоэлементы. Недостаток этого способа в том, что в пасмурную погоду фотоприемники не работают, а значит, солнечная панель нельзя будет выставить в нужном направлении.
• Второй способ предполагает ручное управление, когда актуаторы управляются с помощью переключателей. Этот способ применяют чаще всего для сезонного изменения ориентации батарей. Поскольку в течение дня менять положение панелей таким способом крайне неудобно.
• Можно использовать и таймер в системе трекера, тогда исполнительные устройства, отвечающие за ориентацию, будут приводиться в действие в определенное время, установленное заранее.
• Однако лучше всего себя зарекомендовало программное управление актуаторами. Специальное программное обеспечение рассчитывает местоположение солнца в определенный момент времени, эти вычисления передаются на электростанцию и учетом них выстраиваются панели в нужном положении – устанавливается угол наклона в необходимую сторону.

Солнечные трекеры ориентация

Каждый из перечисленных способов актуален для разных типов электростанций: программный применим на крупных предприятиях, так стоит дороже и его просто экономически не выгодно устанавливать на небольших станциях с несколькими панелями. Остальные способы можно опробовать и в домашних условиях либо на небольших предприятиях.

А вы уже пробовали собрать свою солнечную электростанцию? Поделитесь своим опытом в комментариях, расскажите о том, как организовывали систему ориентации ваших панелей, какие механизмы применяли для этих целей, насколько ваг опыт был успешным или наоборот.

Источник