Jednoosé sluneční sledovače: návrh, možnosti pro rodinné domy a systémy s pozemní montáží

Co dělá jednoosý sledovač slunce

Ajednoosý sluneční sledovač otáčí pole kolem jedné osy, aby sledovalo slunce během dne. Nejběžnější konfigurací je vodorovná osa se směrem sever–jih, která naklání panely ráno na východ, v poledne do vodorovné polohy a odpoledne na západ. Vodorovný jednoosý sledovač slunce (HSAT) tohoto typu obvykle přináší roční nárůst výroby energie o 15–25 % ve srovnání s pevně nainstalovaným polem se stejným sklonem na stejném místě, v závislosti na zeměpisné šířce a podnebí.

Tento přírůstek vyplývá výhradně ze geometrie. Pevně nainstalované pole je optimalizováno pro jeden okamžik; pole se sledováním slunce je optimalizováno pro každý okamžik. Když se setkáte s nabídkou jednoosých sledovačů slunce v porovnání s pevně nainstalovanými poli, je právě tento procentuální nárůst tím, co se prodává – a je ověřen porovnáním vyrobených kWh na každý nainstalovaný kW, nikoli porovnáním technických parametrů modulů.

Jak funguje mechanismus sledování slunce

Každý jednoosý systém má stejné čtyři podsystémy:

Moderní řídicí jednotky jsou astronomické, což znamená, že vypočítávají polohu slunce na základě data, času a GPS souřadnic – žádný optický senzor, který by se mohl posunout nebo zašpinit. To je důležité pro spolehlivost: soustava jednoosého sledování slunečních panelů to závisí na špinavém senzoru a může ztratit více energie, než získá.

Zpětné sledování je funkcí, na které stojí. Ráno a pozdě odpoledne by řady jinak vrhaly stíny na sousední řady. Zpětné sledování mírně otáčí řady pryč od ideálního úhlu, aby se stínění odstranilo; u hustých uspořádání tak obnovuje 2–5 % ročního výkonu, který by jinak byl ztracen.

Systémy umístěné na zemi: kde se sledovače vyplatí

Pevně montované solární sledovací systémy jsou základním uplatněním. Ekonomika funguje za tří podmínek:

1. Velký, rovný a nezastíněný pozemek — sledovače vyžadují mezeru mezi řadami a nemohou sdílet střechu.

1. Klima s vysokým přímým ozářením — sledovače zachycují přímé světelné paprsky; v klimatu s převahou rozptýleného slunečního záření se zisk snižuje na 8–12 %.

1. Dostatečná velikost projektu pro amortizaci pohonů — cena pohonu a řídící jednotky na kW prudce klesá u výkonů nad přibližně 100 kW.

Pro výrobní a velké komerční lokality se jednoosé sledovače staly standardem v oblastech s vysokou intenzitou přímého slunečního záření (DNI), jako jsou Střední východ, části jihozápadu USA, Austrálie a Latinská Amerika.

Monofaciální versus bifaciální

Sledovače se výborně hodí pro bifaciální moduly, protože zvýšená konstrukce stroje a albedo povrchu země umožňují zadní straně modulu přispět dodatečným výkonem ve výši 5–15 %. Kombinace jednoosého sledování a bifaciálních modulů je nyní standardní specifikací pro výrobní elektrárny.

Bytové aplikace: Realistické nebo ne?

Abytový jednoosý solární sledovač je mnohem úženější nabídkou než jeho výrobní protějšek a stojí za to být upřímný ohledně důvodů.

Co funguje:

• Pozemní bytové fotovoltaické systémy s dostupným pozemkem – sledované pozemní pole má smysl tam, kde je na střeše málo místa, ale zahrada je k dispozici

• Ruční nebo sezónní nastavení sklonu — levný přibližný řešení, které zachycuje většinu výhod

• Jednopólové sledovače malého rozsahu poháněné jedním akčním členem v rozsahu 1–5 kW

• Doplňkové sady pro naklápění pro doinstalaci na stávající pozemní montáže

Co zřídka funguje:

• Střešní sledovače — mechanicky složité, konstrukčně invazivní a těžko odůvodnitelné na šikmé střeše

• Velmi malé systémy — náklady na pohon a řízení za kW zůstávají vysoké při výkonech pod zhruba 3 kW

Adomácí sluneční sledovač proto obvykle znamená buď sezonálně nastavitelnou pozemní montáž s nakloněním, nebo malý jednopólový stroj, nikoli plnou řadu komerčních sledovačů. U většiny střech se sklonem je nákup dodatečných modulů levnější způsob, jak získat stejný počet kilowatthodin.

Co uvést při nákupu

Ať už zakoupení sledovače provádíte pro solar panel s jednoosým sledováním pro jednopólovou konstrukci nebo pro HSAT farmu v megawattovém měřítku, platí stejné otázky:

• Odolnost vůči větrnému zatížení — návrhová rychlost větru, pro kterou je konstrukce certifikována, a také strategie uložení. Sledovače se musí nad určitou hranicí rychlosti větru automaticky přesunout do bezpečné polohy.

• Základy a půda — zarazované piloty, závaží nebo beton; toto je často největší jednotlivá položka nákladů.

• Tolerance terénu — jaký sklon sever–jih a východ–západ stroj dokáže kompenzovat bez zemních prací.

• Redundance pohonu — lze při selhání jednoho pohonu tento obejít, aniž by byla celá řada odstavena?

• Otevřenost řídicího systému — Modbus TCP nebo zdokumentované rozhraní API, aby se systém SCADA na lokalitě mohl integrovat.

• Rozdělení záruky — životnost konstrukce (obvykle 20–25 let) versus životnost pohonů a řídicího systému (obvykle 10–15 let).

• Přístup pro provoz a údržbu — ložiska a pohony vyžadují pravidelnou kontrolu; konstrukce musí umožňovat snadný přístup.

Jednoosý vs pevný sklon vs dvouosý

Rozhodnutí je porovnání, nikoli absolutní hodnota, proto je užitečné umístit tři možnosti vedle sebe.

Střední sloupec ukazuje, kde se trh ustálil. Jednoosé sledování slunečních panelů zachycuje většinu dostupného zisku – přibližně 80 % toho, co poskytuje dvouosé sledování – za zlomek nákladů, hmotnosti a údržbových nároků. Dvouosé systémy jsou ospravedlnitelné pouze tam, kde je půda efektivně zadarmo a hodnota energie je neobvykle vysoká, například u elektráren využívajících koncentrovanou sluneční tepelnou energii.

Existuje také jednodušší střední cesta, kterou stojí za to znát: sezónní nastavení sklonu změna sklonu pevného pole třikrát nebo čtyřikrát ročně umožňuje získat asi 5–8 % zisku způsobeného sledováním slunce za téměř žádné náklady ani složitost. U malé domácí instalace se často jedná o rozumný kompromis.

Při porovnávání nabídek se ujistěte, že je základní scénář poctivý. Zisk sledovače o 20 % se měří vůči pevně nakloněnému poli – nikoli vůči špatně nakloněnému poli. správně vždy se zeptejte, jaký sklon a azimut porovnání předpokládá.

Náklady a návratnost

Při zvýšení výnosu o 20 % a dodatečných nákladech přibližně 50 USD za kW se investice do sledovače vysokozářivých trhů vrátí během několika let – proto vývojáři veřejných elektráren považují sledování za výchozí nastavení, nikoli za volitelnou možnost.

Často kladené otázky

Otázka: O kolik více energie vyrobí jednoosý sledovač? Obvykle o 15–25 % více než pevně nakloněné pole v oblastech s vysokým přímým slunečním zářením a o 8–15 % více v oblastech s častým zatažením.

Otázka: Je sledovač pro domácnost výhodný? Na střeše téměř nikdy. U pozemního fotovoltaického systému pro domácnost s dostupným prostorem může být malý sledovač nebo mechanismus pro sezónní nastavení sklonu výhodný.

Otázka: Fungují sledovače ve sněhových nebo prachových prostředích? Ano, za předpokladu správné strategie uložení – při strmém uložení se sníh snadno odvalí a méně se hromadí prach. Sledovače lze také příkazem uložit během prachových bouří.

Otázka: Co je to zpětné sledování (backtracking) a proč je důležité? Zpětné sledování otáčí řady panelů od ideálního úhlu vzhledem ke slunci, aby se zabránilo stínění sousedních řad. U hustých uspořádání tak zvyšuje roční výnos o několik procent.

Otázka: Jednoosové nebo dvouosové? Jednoosové systémy zachycují většinu možného zisku za zlomek nákladů a složitosti. Dvouosové systémy přinášejí většinou pouze dalších 5–10 % výkonu a používají se převážně u koncentrované sluneční energie a výzkumných aplikací.

Určujete si sledovač nebo pozemní pole se sledovači? Kinpower dodává jednoosové systémy PV sledování a chytré sluneční sledovače, které jsou kombinovány s akumulátory LiFePO4 pro hybridní elektrárny a jsou dodávány spolu s certifikovanou dokumentací odolnosti proti větrnému zatížení. Zobrazit energetická řešení nebo prozkoumat komerční a průmyslové systémy .