Μονοάξονα ηλιακά συστήματα ακολούθησης: Σχεδιασμός, επιλογές για κατοικίες και συστήματα εγκατάστασης στο έδαφος

Τι κάνει ένας μονοάξονας ανιχνευτής

Aμονοαξονικός ηλιακός ιχνηλάτης περιστρέφει τη σειρά πλαισίων γύρω από έναν άξονα για να ακολουθεί τον ήλιο καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας. Η πιο συνηθισμένη διάταξη είναι ο οριζόντιος βόρειος–νότιος άξονας, ο οποίος κλίνει τα πλαίσια προς τα ανατολικά το πρωί, τα κρατά επίπεδα το μεσημέρι και τα κλίνει προς τα δυτικά το απόγευμα. Ένας οριζόντιος μονοάξονας ανιχνευτής (HSAT) αυτού του τύπου προσθέτει συνήθως 15–25% ετήσια αύξηση της ενεργειακής απόδοσης σε σύγκριση με ένα σταθερά κεκλιμένο σύστημα στην ίδια τοποθεσία, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και το κλίμα.

Το κέρδος προέρχεται αποκλειστικά από τη γεωμετρία. Ένα σταθερό σύστημα είναι βελτιστοποιημένο για μία συγκεκριμένη στιγμή· ένα σύστημα με ανίχνευση είναι βελτιστοποιημένο για κάθε στιγμή. Όταν βλέπετε ηλιακά πλαίσια με μονοάξονα ανίχνευση να αναφέρονται σε σύγκριση με σταθερά κεκλιμένα συστήματα, αυτό το ποσοστό είναι αυτό που πωλείται — και επαληθεύεται με τη σύγκριση των kWh που παράγονται ανά kW εγκατεστημένης ισχύος, όχι με τη σύγκριση των προδιαγραφών των πλαισίων.

Πώς λειτουργεί ο μηχανισμός ανίχνευσης

Κάθε μηχάνημα μονοάξονας ανίχνευσης αποτελείται από τα ίδια τέσσερα υποσυστήματα:

Οι σύγχρονοι ελεγκτές είναι αστρονομικοί, δηλαδή υπολογίζουν τη θέση του ήλιου από την ημερομηνία, την ώρα και τις συντεταγμένες GPS — χωρίς οπτικό αισθητήρα που να μπορεί να εκτραπεί ή να βρομίσει. Αυτό έχει σημασία για την αξιοπιστία: σύστημα ακολούθησης ηλιακών πλαισίων μονού άξονα αυτό εξαρτάται από έναν βρόμικο αισθητήρα και μπορεί να χάσει περισσότερη ενέργεια από όση κερδίζει.

Πίσω παρακολούθηση (backtracking) είναι το χαρακτηριστικό που πρέπει να επιβάλλεται. Το πρώτο πρωί και το αργό απόγευμα, οι σειρές θα εξέτασαν αλληλοσκιάσεις στις γειτονικές τους. Η λειτουργία backtracking περιστρέφει ελαφρώς τις σειρές μακριά από την ιδανική γωνία για να εξαλειφθεί η σκίαση· σε πυκνές διατάξεις, ανακτά 2–5% της ετήσιας παραγωγής που διαφορετικά θα χανόταν.

Συστήματα εγκατεστημένα στο έδαφος: Όπου οι ενεργοί προσαρμοστές αποδίδουν

Ηλιακά συστήματα παρακολούθησης στο έδαφος είναι η βασική εφαρμογή. Η οικονομική βιωσιμότητα επιτυγχάνεται όταν πληρούνται τρεις προϋποθέσεις:

1. Μεγάλες, επίπεδες και ανεμπόδιστες εκτάσεις — οι ενεργοί προσαρμοστές απαιτούν απόσταση μεταξύ των σειρών και δεν μπορούν να μοιράζονται μια στέγη.

1. Κλίμα με υψηλή άμεση ακτινοβολία — οι ενεργοί προσαρμοστές αξιοποιούν την άμεση ακτινοβολία· σε κλίματα με ισχυρή διάχυτη ακτινοβολία, το κέρδος μειώνεται σε 8–12%.

1. Επαρκής κλίμακα για απόσβεση των κινητήρων — το κόστος κινητήρα και ελεγκτή ανά kW μειώνεται σημαντικά πάνω από περίπου 100 kW.

Για εγκαταστάσεις χρήσης και μεγάλες εμπορικές εγκαταστάσεις, οι μονοάξονες ακόλουθοι έχουν καθιερωθεί ως προεπιλογή σε περιοχές με υψηλή άμεση ηλιακή ακτινοβολία (DNI), όπως στη Μέση Ανατολή, σε ορισμένα μέρη του νοτιοδυτικού Ηνωμένων Πολιτειών, στην Αυστραλία και στη Λατινική Αμερική.

Μονοπρόσωπα έναντι διπρόσωπων

Οι ακόλουθοι συνδυάζονται ιδιαίτερα καλά με διπρόσωπα πλαίσια, επειδή η υψωμένη δομή της μηχανής και η αντανάκλαση του εδάφους (albedo) επιτρέπουν στην οπίσθια επιφάνεια να συνεισφέρει 5–15% επιπλέον παραγωγή. Ο συνδυασμός μονοάξονης ακολούθησης με διπρόσωπα πλαίσια αποτελεί πλέον τυποποιημένη προδιαγραφή για εγκαταστάσεις χρήσης.

Εφαρμογές σε κατοικίες: Ρεαλιστικές ή όχι;

Aμονοάξονας ηλιακός ακόλουθος για κατοικίες είναι πολύ πιο περιορισμένη πρόταση σε σύγκριση με τον αντίστοιχο για εγκαταστάσεις χρήσης, και αξίζει να είναι κανείς ειλικρινής για τους λόγους.

Το εξής λειτουργεί:

• Επίγειες εγκαταστάσεις σε κατοικίες με διαθέσιμο έδαφος — μια επίγεια εγκατάσταση με ακόλουθο μπορεί να είναι λογική επιλογή όταν ο χώρος στη στέγη είναι περιορισμένος, αλλά ο κήπος δεν είναι.

• Χειροκίνητη ή εποχιακή ρύθμιση κλίσης — μια φθηνή προσέγγιση που καλύπτει μεγάλο μέρος του οφέλους

• Μονοάξονα συστήματα εντοπισμού μικρής κλίμακας κινούμενα από έναν μόνο ενεργοποιητή, στην περιοχή 1–5 kW

• Κιτ βοηθητικής κλίσης για επαναπροσαρμογή σε υφιστάμενες εγκαταστάσεις επί του εδάφους

Αυτό που σπάνια λειτουργεί:

• Συστήματα εντοπισμού τοποθετημένα σε στέγες — μηχανικά πολύπλοκα, δομικά επεμβατικά και δύσκολο να δικαιολογηθούν σε στέγες με κλίση

• Πολύ μικρά συστήματα — το κόστος κινητήρα και ελεγκτή ανά kW παραμένει υψηλό κάτω των περίπου 3 kW

Aηλιακός ανιχνευτής για κατοικίες συνεπώς συνήθως αναφέρεται είτε σε ένα εδάφους με ρυθμιζόμενη κλίση ανάλογα με την εποχή είτε σε μια μικρή μηχανή με μονή στήριξη, όχι σε πλήρη σειρά βιομηχανικών ανιχνευτών. Για την πλειοψηφία των κατοικιών με κεκλιμένη στέγη, η προσθήκη επιπλέον πλαισίων είναι φθηνότερος τρόπος να αποκτηθούν οι ίδιες κιλοβατώρες.

Τι να καθορίσετε κατά την αγορά

Είτε προμηθεύεστε ένα ηλιακό πάνελ με ανίχνευση ενός άξονα για μονή στήριξη ή για μια βιομηχανική φάρμα HSAT σε κλίμακα μεγαβάτ, οι ίδιες ερωτήσεις ισχύουν:

• Ονομαστική αντοχή σε ανεμοπίεση — η ταχύτητα ανέμου για την οποία είναι πιστοποιημένη η κατασκευή, καθώς και η στρατηγική ασφαλούς θέσης. Οι ανιχνευτές πρέπει να μετακινούνται αυτόματα σε ασφαλή θέση όταν η ταχύτητα του ανέμου υπερβαίνει ένα καθορισμένο όριο.

• Θεμέλια και έδαφος — εμπηγνύμενες στύλους, βαρυτική ή σκυρόδεμα στήριξη· αυτό είναι συχνά η μεγαλύτερη μεμονωμένη δαπάνη.

• Ανοχή σε ανωμαλίες του εδάφους — πόση κλίση βορρά–νότου και ανατολής–δύσης μπορεί να αντέξει η μηχανή χωρίς εδαφικές εργασίες.

• Πλεονασμός κίνησης — μπορεί να παρακαμφθεί η αποτυχία ενός μόνου κινητήρα χωρίς να αποσυνδεθεί ολόκληρη η σειρά;

• Ανοικτότητα ελεγκτή — Modbus TCP ή τεκμηριωμένη διεπαφή API, ώστε το σύστημα SCADA του τοποθεσίας να μπορεί να το ενσωματώσει.

• Διαίρεση εγγύησης — διάρκεια ζωής της δομής (συνήθως 20–25 χρόνια) έναντι διάρκειας ζωής των κινητήρων και του ελεγκτή (συνήθως 10–15 χρόνια).

• Πρόσβαση για λειτουργία και συντήρηση — οι κινητήριοι άξονες και οι κινητήρες απαιτούν περιοδική επιθεώρηση· η σχεδίαση πρέπει να επιτρέπει εύκολη πρόσβαση.

Μονοαξονικό έναντι σταθερής κλίσης έναντι διαξονικού

Η απόφαση είναι μια σύγκριση, όχι μια απόλυτη τιμή, οπότε βοηθά να τοποθετηθούν οι τρεις επιλογές δίπλα-δίπλα.

Η μεσαία στήλη είναι εκείνη στην οποία ο αγοραστικός τομέας έχει σταθεροποιηθεί. Μονοάξονη ακολούθηση ηλιακών πλαισίων καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος του διαθέσιμου οφέλους — περίπου το 80% αυτού που προσφέρει η διάξονη ακολούθηση — με κλάσμα του κόστους, του βάρους και του φόρτου συντήρησης. Οι διάξονες μηχανές δικαιολογούνται μόνο σε περιπτώσεις όπου το έδαφος είναι αποτελεσματικά δωρεάν και η αξία της ενέργειας είναι ασυνήθιστα υψηλή, όπως στα εργοστάσια συγκεντρωτικής ηλιακής θερμικής ενέργειας.

Υπάρχει επίσης μια απλούστερη μεσαία λύση που αξίζει να γνωρίζει κανείς: εποχιακή ρύθμιση της κλίσης η αλλαγή της γωνίας ενός σταθερού πλαισίου τρεις ή τέσσερις φορές τον χρόνο καλύπτει περίπου το 5–8% του οφέλους από την ακολούθηση, χωρίς σχεδόν καθόλου κόστος ή πολυπλοκότητα. Για μια μικρή οικιακή εγκατάσταση, αυτό είναι συχνά ο λογικός συμβιβασμός.

Κατά τη σύγκριση προσφορών, βεβαιωθείτε ότι η βάση σύγκρισης είναι ακριβής. Η αύξηση της απόδοσης κατά 20 % ενός ακολουθητή μετράται σε σχέση με έναν κλειστό σταθερό πίνακα — όχι σε σχέση με έναν κακώς προσανατολισμένο. σωστά ρωτήστε πάντα ποια γωνία κλίσης και ποιο αζιμούθιο υποθέτει η σύγκριση.

Κόστη και απόσβεση

Με κέρδος απόδοσης 20% και πρόσθετο κόστος περίπου 50 δολαρίων ΗΠΑ ανά kW, η επιπλέον επένδυση σε σύστημα ακολούθησης του ήλιου αποπληρώνεται σε λίγα χρόνια σε αγορές με υψηλή ηλιακή ακτινοβολία — γι’ αυτόν τον λόγο οι αναπτυξιακοί φορείς χρησιμοποιούν την ακολούθηση ως προεπιλογή, όχι ως επιλογή.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Πόση περισσότερη ενέργεια παράγει ένα σύστημα ακολούθησης μονού άξονα; Συνήθως 15–25% περισσότερη από ένα σταθερά τοποθετημένο σύστημα σε περιοχές με υψηλή άμεση ηλιακή ακτινοβολία, και 8–15% σε πιο συννεφιασμένα κλίματα.

Ε: Αξίζει τον κόπο ένα σύστημα ακολούθησης για οικιακή χρήση; Σπάνια σε στέγες. Σε επίγεια οικιακά συστήματα με διαθέσιμο χώρο, ένα μικρό σύστημα ακολούθησης ή ένας μηχανισμός εποχιακής ρύθμισης της κλίσης μπορεί να είναι συμφέρον.

Ε: Λειτουργούν τα συστήματα ακολούθησης σε περιβάλλοντα με χιόνι ή σκόνη; Ναι, με την κατάλληλη στρατηγική αποθήκευσης — μια απότομη γωνία αποθήκευσης απομακρύνει το χιόνι και μειώνει τη συσσώρευση σκόνης. Τα συστήματα ακολούθησης μπορούν επίσης να εντολευθούν να μεταβούν σε κατάσταση αποθήκευσης κατά τη διάρκεια καταιγίδων σκόνης.

Ε: Τι είναι η αντίστροφη ακολούθηση (backtracking) και γιατί έχει σημασία; Η επιστροφή προς τα πίσω περιστρέφει τις σειρές μακριά από την ιδανική γωνία ηλιακής έκθεσης για να αποφευχθεί η σκίαση γειτονικών συστημάτων. Σε πυκνές διατάξεις, ανακτά ποσοστό αρκετών τοις εκατό της ετήσιας παραγωγής.

Ε: Μονοάξονα ή διάξονα; Τα μονοάξονα συστήματα αποδίδουν το μεγαλύτερο μέρος του διαθέσιμου κέρδους με κλάσμα του κόστους και της πολυπλοκότητας. Τα διάξονα συστήματα προσθέτουν μόνο 5–10% επιπλέον παραγωγή στις περισσότερες περιοχές και χρησιμοποιούνται αποκλειστικά σε εφαρμογές συγκεντρωτικής ηλιακής ενέργειας και σε ερευνητικά προγράμματα.

Προδιαγράφετε έναν ενεργό ιχνηλάτη (tracker) ή μια ενεργά ιχνηλατούμενη επίγεια διάταξη; Η Kinpower προμηθεύει μονοάξονα συστήματα ηλιακής ιχνηλάτησης (PV tracking) και έξυπνους ηλιακούς ιχνηλάτες, συνδυασμένους με αποθηκευτικά συστήματα LiFePO4 για υβριδικά εργοστάσια, και παραδίδονται με πιστοποιημένη τεκμηρίωση αντοχής σε ανεμοφόρτιση. Δείτε λύσεις ενέργειας ή εξερευνήστε εμπορικά και βιομηχανικά συστήματα .