صناعة

تتبع الشمس: أجهزة تعقب لأنظمة الطاقة الشمسية

تتبع الشمس: أجهزة تعقب لأنظمة الطاقة الشمسية

نظام التتبع الشمسي NEXTracker (الصورة: NEXTracker)

جهاز التعقب الشمسي هو جهاز يوجه نظام الكهروضوئية ، ولا سيما المنشآت الكبيرة مثل مزرعة الطاقة الشمسية ، نحو الشمس من أجل تمكينها من التقاط المزيد من الطاقة الشمسية أكثر مما يمكن أن تفعله بدون مثل هذا الجهاز. في الأساس ، يتعلق التتبع بتقليل زاوية السقوط بين ضوء الشمس الوارد ومجموعة الألواح الشمسية. يمكن أن تلتقط الألواح الشمسية الجزء المنتشر من ضوء الشمس ، في السماء الزرقاء والتي تزداد أيضًا بشكل متناسب عندما يكون الجو غائمًا ، بالإضافة إلى ضوء الشمس المباشر ويمكن لأجهزة تعقب الطاقة الشمسية أن تزيد من كمية الطاقة الشمسية التي يتم التقاطها. بشكل عام ، يمكن لأنظمة التتبع عادةً التقاط 50 بالمائة إضافية من ضوء الشمس في الصيف و 20 بالمائة في الشتاء ، ولكن هذا يختلف وفقًا لخط العرض.

ومع ذلك ، فهي أكثر أهمية بالنسبة للخلايا الكهروضوئية المركزة (CPV) ومحطات الطاقة الشمسية المركزة (CSP) ، حيث تدعم المكونات الضوئية لهذه الأنظمة ، والتي تم تصميمها لاستهداف المكون المباشر لأشعة الشمس. يمثل هذا 90 بالمائة من طاقة الشمس ، لذلك يجب أن تكون أجهزة التتبع موجهة بشكل مناسب. يمكن أن تتمتع أجهزة التتبع عالية الدقة بدقة تصل إلى ± 5 درجات ، مما يعني أنها يمكن أن توفر أكثر من 99.6 في المائة من الطاقة التي يحملها شعاع الشمس المباشر بالإضافة إلى 100 في المائة من الضوء المنتشر. ومع ذلك ، تميل أجهزة التتبع هذه إلى عدم استخدامها بواسطة الأنظمة الكهروضوئية غير المركزة.

في السنوات الأخيرة ، غالبًا ما تم تحفيز نشرها من خلال الانحدار المستمر للحوافز الحكومية مثل التعريفات الجمركية المتميزة (FiT). وبالتالي مع انخفاض مدفوعات الطاقة المتجددة ، قام مطورو المشروع بتعويض ذلك من خلال السعي إلى زيادة الإنتاج.

هناك نوعان أساسيان من أجهزة التعقب: المحور المفرد والمحور المزدوج ويمكن أن تختلف هذه بدورها في شكلها بحيث توجد بالفعل مجموعة متنوعة من أجهزة التتبع ، وكلها مصممة لمواقف معينة ومستويات الأداء المطلوبة.

تتبع أجهزة التتبع أحادية المحور مسار الشمس من الشرق إلى الغرب بينما يمكن أيضًا إمالة المحور المزدوج من أجل حساب الفرق بين زوايا الشمس في الشتاء والصيف. كان هناك قدر كبير من الجدل في الصناعة حول فعالية أجهزة التتبع ثنائية المحور نظرًا لتعقيدها المتزايد والفرق الصغير نسبيًا في التجميع السنوي بين نوعي أجهزة التتبع. وجدت مراجعة واحدة لإحصاءات الإنتاج من أونتاريو أن الفرق كان حوالي 4 في المائة فقط في المجموع ، مقارنة بشكل غير موات إلى حد ما مع التحسين الذي قدمته متعقبات المحور الفردي على مجموعة ثابتة (24 إلى 32 في المائة). ومع ذلك ، يمكن أن تحقق أجهزة التتبع ثنائية المحور إنتاجًا بنسبة 40 إلى 45 في المائة فوق مجموعة سقف ثابت في المواقف التي يكون فيها تلوث قليل جدًا في الغلاف الجوي ("الوضوح العالي"). لسوء الحظ ، تعاني معظم المناطق في البلدان المتقدمة من مستوى مؤشر الوضوح 0.5 أو أسوأ.

متعقبات المحور المزدوج في مصنع Sevilla PV في إسبانيا (الصورة: afloresm ، Flickr)

تحتوي أجهزة التتبع الأفقية أحادية المحور على محور دوران أفقي بالنسبة إلى الأرض. هذا يعني أن المطلب الوحيد من حيث التباعد هو الحفاظ على محاور الدوران موازية لبعضها البعض. تحتوي بعض أدوات التتبع الأفقية أحادية المحور على وحدات مائلة يمكن أن تساعد في توفير المساحة وبالتالي تقليل التكلفة الإجمالية للمشروع. تُعرف أجهزة التتبع ذات محاور الدوران بين الأفقي والرأسي بأجهزة التتبع ذات المحور الأحادي المائل. عادة ما يكون لديهم وجه الوحدة النمطية بالتوازي مع محور الدوران

تميل أدوات التتبع ذات المحور الرأسي إلى أن تكون أكثر فاعلية في خطوط العرض العالية من متتبعات المحور الأفقي. عادة ما يكون لديهم وحدة مائلة بزاوية بالنسبة لمحور الدوران وبالتالي تجتاح مخروطًا متماثلًا دورانيًا حول محور الدوران.

يتم تثبيت أجهزة التتبع ذات المحور المزدوج (TTDAT) على أعمدة مع دوران حركة الشرق والغرب حول القطب بمحمل على شكل حرف T أو H مما يتيح الدوران الرأسي.

تحتوي أجهزة تتبع المحور المزدوج ذات الارتفاع السمت (AADAT) على محور السمت الرأسي على الأرض. يستخدمون حلقة كبيرة مثبتة على الأرض مع مجموعة مثبتة على بكرات. هذا يعني أن وزن المصفوفة يتم توزيعه على جزء من الحلقة بدلاً من العمود الذي يسمح لهم بدوره بدعم مصفوفات أكبر بكثير. ومع ذلك ، فإن قطر الحلقة يحدد التباعد وهذا بدوره قد يقلل من كثافة المصفوفات.

يستخدم المقتفي السلبي سائل غاز مضغوط مع نقطة غليان منخفضة لتحريكه من أجل تصحيح الاختلالات. تستخدم هذه الأنظمة أيضًا تظليل / عاكسات تستجيب لأشعة الشمس في الصباح الباكر "لإيقاظ" الألواح الشمسية وإمالتها باتجاه الشمس.

أخيرًا ، هناك متتبع كرونولوجي يحول مصفوفة شمسية في الاتجاه المعاكس لاتجاه دوران الأرض.

يتم توجيه أجهزة التتبع حول الألواح الشمسية عبر نظام من المحركات وقطارات التروس. يتم تشغيلها بواسطة وحدة تحكم تستجيب لاتجاه حركة الشمس. يستخدمون أيضًا محركات الدوران (محرك الدوران هو نوع من علبة التروس التي يمكنها حمل الأحمال الشعاعية والمحورية) لإدارة حركتها. في محطة للطاقة الشمسية المركزة (CSP) ، يتم التحكم في أجهزة التتبع ثنائية المحور بواسطة كمبيوتر مركزي ، وإدارة المرايا المتحركة التي تسمى heliostats والتي تعكس الضوء إلى محطة الطاقة المركزية.

مركز DeSoto Next Generation للطاقة الشمسية التابع لشركة Florida Power & Light Company في Arcadia Florida ، استنادًا إلى نظام تتبع SunPowerAE TO (الصورة: Usina Fotovoltaica ، Flickr)

هناك أيضًا اختلافات في طريقة تثبيتها. على سبيل المثال ، "الأساس العائم" لا يحتاج إلى أساسات خرسانية لأنه يجلس على الأرض ، وعادة ما يكون على حوض من الحصى. هذا يعني أنه يمكن تركيبها في مواقع دفن النفايات أو غيرها من المواقع ، وبالتالي زيادة عدد المواقع التي يمكن استخدامها فيها.

يعد التتبع مناسبًا في الغالب للتطبيقات الشمسية التجارية والصناعية الكبيرة وأقل ملاءمة لأنظمة الأسطح السكنية. عند تركيب أنظمة التتبع على أسطح المنازل السكنية ، يجب أن يتم إزاحتها عن السطح للسماح بحركة الألواح. وهذا بدوره يزيد من حمل الرياح ويتطلب نظام أرفف باهظ الثمن. هناك أيضًا اعتبارات جمالية قد تكون ذات صلة. حتى في المواقع الكبيرة ، تتطلب أجهزة التتبع استخدام مساحة أكبر من الأنظمة الثابتة لأن حركة الألواح يمكن أن تخلق ظلالًا على اللوحات الأخرى إذا لم تكن متباعدة بشكل مناسب. ومع ذلك ، فإن الفوائد المشتركة لتتبع الطاقة الشمسية ، وكفاءات الخلايا الشمسية المحسّنة والتطورات المبتكرة مثل الأغشية الرقيقة كان لها بلا شك تأثير نقل الطاقة الشمسية أقرب إلى تكافؤ الشبكة مع الوقود الأحفوري ، كما يقول البعض في غضون بضع سنوات.

المشكلة الرئيسية مع أجهزة التتبع هي أنها تزيد التكاليف. لذلك ، إذا أضاف نظام التتبع 25 في المائة إلى تكاليف المشروع مع تحسين الإنتاج بنسبة 25 في المائة ، فيمكن القول أنه يمكن تحقيق نفس مستوى الأداء ببساطة عن طريق زيادة حجم النظام. هذا يلغي أيضًا الصيانة الإضافية المطلوبة لنظام التتبع. مع استمرار انخفاض تكاليف الطاقة الشمسية ، يمكن أن تنخفض فعالية التكلفة لتركيب نظام التتبع. مشكلة أخرى هي أن محركات نظام التتبع يجب أن يتم صيانتها باستمرار ، حيث تحافظ الأنظمة الأكثر ابتكارًا على ميزة كبيرة. هذا معترف به على نطاق واسع في الصناعة. على سبيل المثال ، قال سكوت دايلي ، مدير مشروع التعقب في First Solar ، متحدثًا إلى Renewable Energy World في عام 2013 ، إن أدوات التتبع ثنائية المحور لا يتم نشرها إلا في الأسواق ذات التعريفات العالية للتغذية (FiT) ، نظرًا لزيادة الإيرادات التي تم الحصول عليها من خلال زيادة الإنتاج يميل إلى تعويض مصاريف العمليات والصيانة الأعلى.

عندما تم طرحها لأول مرة في السوق ، كانت أنظمة التتبع عادة ضخمة إلى حد ما وغير موثوقة. عانى العديد من أجهزة التتبع التي تم تركيبها في أوروبا خلال طفرة تعريفة التغذية (FiT) من مشكلات الموثوقية الرئيسية ، وأحيانًا مع تكرار حالات الفشل. وفقًا لما ذكره MJ Shaio ، كبير المحللين في GTM Research ، حتى سنوات قليلة مضت ، كانت الحالة العامة هي أن المطورين الوحيدين الذين يريدون تثبيت أدوات التتبع هم أولئك المستعدون لقبول المزيد من المخاطر.

ومع ذلك ، أصبحت أجهزة التتبع مؤخرًا أكثر إبداعًا. على سبيل المثال ، استخدام GPS لإعادة تنظيم أنفسهم تلقائيًا. تقوم شركات مثل NEXTracker بدمج أنظمة التحكم في أجهزة التتبع الخاصة بها والتي تراقب زاوية كل صف من الألواح الشمسية في الوقت الفعلي وتقدم تقارير عن دقة التتبع من أجل إبقاء الألواح في مواجهة الشمس مباشرة طوال الوقت. منتج NX Horizon الخاص بالشركة عبارة عن جهاز تعقب يعمل بالطاقة الذاتية (SPT) يحتوي على محرك قائم بذاته ، مما يتيح نشره على كل صف من الألواح مما يلغي بدوره الأسلاك وحفر الخنادق بالإضافة إلى توفير الطاقة.

لسوء الحظ ، فشل نظام تتبع مبتكر آخر ، QBotix ، في الوصول إلى السوق. يتألف QBotix من 200 متتبع مع روبوتات ، والفكرة هي أن كل روبوت سوف يسافر إلى كل متتبع على خط أحادي يحتوي على نقاط شحن للروبوتات المضمنة فيه. يحمل الخط الأحادي أيضًا الأسلاك للنظام بأكمله وبالتالي يلغي الحاجة إلى حفر الخنادق. ستقوم الروبوتات بضبط أجهزة التتبع بشكل فردي كل 40 دقيقة على مدار اليوم وكذلك جمع بيانات الأداء والموثوقية التي يمكنهم استخدامها لتحسين أجهزة التتبع. يبدو هذا مثيرًا للإعجاب إلى حد ما ، باستثناء أن الشركة انهارت في أغسطس من العام الماضي.

ومع ذلك ، فإن التطورات المبتكرة في التتبع الشمسي تجعله أكثر جاذبية ، خاصة في المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي. بدأت تكاليف الصيانة أيضًا في الانخفاض مع تحسن التكنولوجيا. المزيد من المشاريع تستخدم الآن أجهزة التتبع والسوق في ازدهار. في الواقع ، تشير التوقعات الحالية إلى سوق تتبع بقيمة 6 مليارات دولار بحلول عام 2020. هذا مثير للإعجاب إلى حد ما.


شاهد الفيديو: قاعدة تتبع محورين (يونيو 2021).