Śledzenie słońca na jednej osi: projektowanie, opcje dla budynków mieszkalnych oraz systemy montażu na gruncie

Co robi śledzący jednoosiowy system

Asystem śledzenia słońca o jednej osi obraca zestaw paneli wokół jednej osi, aby śledzić położenie słońca w ciągu dnia. Najczęstszym układem jest pozioma oś północ–południe, która nachyla panele na wschód rano, ustawia je poziomo w południe i na zachód po południu. Poziomy śledzący jednoosiowy system (HSAT) tego typu zazwyczaj zwiększa roczny przyrost energii o 15–25% w porównaniu do zestawu o stałym nachyleniu w tym samym miejscu, w zależności od szerokości geograficznej i klimatu.

Zysk wynika wyłącznie z geometrii. Zestaw o stałym nachyleniu jest zoptymalizowany pod kątem jednego momentu; zestaw śledzący – pod kątem każdego momentu. Gdy widzisz śledzące jednoosiowo panele słoneczne porównywane z zestawem o stałym nachyleniu, to właśnie ten procent jest oferowany – i potwierdzany poprzez porównanie wyprodukowanych kWh na każdy zainstalowany kW, a nie poprzez porównanie specyfikacji modułów.

Jak działa mechanizm śledzenia

Każdy jednoosiowy system składa się z tych samych czterech podsystemów:

Współczesne sterowniki działają w trybie astronomicznym, czyli obliczają położenie Słońca na podstawie daty, godziny i współrzędnych GPS — bez czujników optycznych, które mogą ulec przesunięciu lub zabrudzeniu. To ma znaczenie dla niezawodności: jednoosiowy system śledzenia paneli fotowoltaicznych to zależy od zabrudzonego czujnika i może spowodować większe straty energii niż zysk.

Śledzenie bez przesłaniania jest funkcją, na której należy nalegać. Rankiem i późnym popołudniem rzędy mogłyby rzucać cienie na sąsiednie rzędy. Wsteczne śledzenie (backtracking) lekko obraca rzędy w stronę od idealnego kąta, aby wyeliminować zacienienie; w gęstych układach pozwala to odzyskać 2–5% rocznej wydajności, która inaczej zostałaby stracona.

Systemy montowane na gruncie: tam, gdzie systemy śledzące się opłacają

Układ śledzenia słonecznego zamontowany na ziemi są podstawowym zastosowaniem. Warunki ekonomiczne są spełnione, gdy spełnione są trzy warunki:

1. Duża, płaska i niezaciniana działka — systemy śledzące wymagają odstępów między rzędami i nie mogą być montowane na dachu.

1. Klimat o wysokim nasłonecznieniu bezpośrednim — systemy śledzące pozyskują promieniowanie bezpośrednie; w klimatach o dominującym promieniowaniu rozproszonym zysk spada do 8–12%.

1. Wystarczająca skala, by zrekompensować koszty napędów — koszt napędu i sterownika na kW szybko maleje przy mocy przekraczającej około 100 kW.

Dla obiektów użyteczności publicznej i dużych obiektów komercyjnych śledniki jednoosiowe stały się standardem w regionach o wysokim natężeniu promieniowania bezpośredniego (DNI), takich jak Bliski Wschód, części południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych, Australia oraz Ameryka Łacińska.

Moduły monofacialne vs. bifacialne

Śledniki szczególnie dobrze sprawdzają się w połączeniu z modułami bifacjalnymi, ponieważ podniesiona konstrukcja urządzenia oraz albedo powierzchni gruntu pozwalają tylniej stronie modułu na wygenerowanie dodatkowego 5–15% mocy. Połączenie śledników jednoosiowych z modułami bifacjalnymi stało się obecnie standardowym wymaganiem dla elektrowni słonecznych.

Zastosowania w sektorze mieszkaniowym: realistyczne czy nie?

Amieszkaniowy ślednik słoneczny jednoosiowy jest znacznie bardziej ograniczoną propozycją niż jego odpowiednik przeznaczony do zastosowań użytkowych, warto więc szczerze przyznać, dlaczego.

Co działa:

• Mieszkaniowe instalacje naziemne przy dostępnej powierzchni gruntu — ślednik naziemny może być uzasadniony tam, gdzie powierzchnia dachu jest ograniczona, ale ogródek jest wystarczająco duży

• Ręczna lub sezonowa regulacja kąta nachylenia — tan taniutny szacunek, który oddaje znaczną część korzyści

• Małoskalowe jednopozycyjne systemy śledzenia napędzane pojedynczym siłownikiem, w zakresie mocy 1–5 kW

• Zestawy do modernizacji wspomagającej nachylenie na istniejących montażach naziemnych

Co rzadko działa:

• Systemy śledzenia montowane na dachu — mechanicznie złożone, strukturalnie inwazyjne i trudne do uzasadnienia na dachu pochylonym

• Bardzo małe systemy — koszt napędu i sterownika przypadający na 1 kW pozostaje wysoki poniżej około 3 kW

Aśledzący system słoneczny do zastosowania w domu oznacza więc zwykle albo sezonowo regulowaną nachyloną konstrukcję naziemną, albo małą jednopiętrową maszynę, a nie pełny rząd przemysłowych systemów śledzących. Dla większości domów z dachem dwuspadowym dodatkowe moduły są tańszą metodą zakupu tej samej liczby kilowatogodzin.

Co należy określić przy zakupie

Nie ważne, czy zakupujesz jednoosiowy system śledzący paneli słonecznych dla pojedynczego słupa czy farmy HSAT o mocy megawatowej – stosuje się te same pytania:

• Nośność przy obciążeniu wiatrem — prędkość wiatru projektowa, dla której konstrukcja została certyfikowana, oraz strategia pozycji bezpiecznej (stow). Systemy śledzące muszą automatycznie przemieszczać się w bezpieczną pozycję po przekroczeniu progowej prędkości wiatru.

• Fundament i grunt — wbijane paliki, obciążenie ciężarem lub beton; często jest to najdroższy pojedynczy element kosztów.

• Tolerancja terenu — jak duży nachylenie północ–południe i wschód–zachód urządzenie może zrekompensować bez robót ziemnych.

• Redundancja napędu — czy awaria pojedynczego napędu może zostać obejściem bez odłączenia całego rzędu?

• Otwartość kontrolera — Modbus TCP lub udokumentowany interfejs API, aby system SCADA obiektu mógł się z nim zintegrować.

• Podział gwarancji — trwałość konstrukcji (zazwyczaj 20–25 lat) w porównaniu z trwałością napędów i kontrolerów (zazwyczaj 10–15 lat).

• Dostęp do obsługi i konserwacji — łożyska i napędy wymagają okresowych inspekcji; projekt powinien zapewniać łatwy dostęp.

Jednoosiowy vs stały kąt nachylenia vs dwuosiowy

Decyzja polega na porównaniu, a nie na ocenie bezwzględnej, dlatego pomocne jest ustawienie trzech opcji obok siebie.

Środkowa kolumna przedstawia sytuację, w której rynek się ustabilizował. Jednoosiowe śledzenie pozycji paneli słonecznych zapewnia znaczną większość możliwego zysku — mniej więcej 80% tego, co zapewnia śledzenie dwuosiowe — przy ułamku kosztów, masy i nakładów konserwacyjnych. Maszyny dwuosiowe są uzasadnione jedynie tam, gdzie grunt jest praktycznie darmowy, a wartość energii niezwykle wysoka, np. w elektrowniach cieplnych wykorzystujących skoncentrowane promieniowanie słoneczne.

Istnieje także prostsza ścieżka pośrednia, którą warto znać: sezonowa regulacja nachylenia zmiana kąta nachylenia stałej instalacji trzy lub cztery razy w ciągu roku pozwala osiągnąć około 5–8% zysku z śledzenia pozycji przy praktycznie zerowych kosztach i złożoności. Dla małej instalacji domowej jest to często rozsądny kompromis.

Przy porównywaniu ofert upewnij się, że punkt odniesienia jest rzetelny. Zysk 20% osiągnięty przez system śledzący mierzony jest względem nieruchomego systemu o nachyleniu dobranej optymalnie — a nie względem systemu o nieodpowiednim kącie nachylenia. poprawnie zawsze pytaj, jaki kąt nachylenia i jaki azymut przyjęto w porównaniu.

Koszty i okres zwrotu inwestycji

Przy wzroście wydajności o 20% i dodatkowych kosztach rzędu 50 USD/kW zwrot z inwestycji w system śledzenia promieni słonecznych następuje po kilku latach na rynkach o wysokim nasłonecznieniu — dlatego deweloperzy elektrowni traktują systemy śledzenia jako standard, a nie opcję.

Często zadawane pytania

Pytanie: O ile więcej energii generuje pojedynczy system śledzenia jednoosiowego? Zazwyczaj o 15–25% więcej niż stała instalacja nachylona w regionach o wysokim nasłonecznieniu bezpośrednim oraz o 8–15% więcej w klimatach bardziej zachmurzonych.

Pytanie: Czy system śledzenia jest opłacalny w przypadku domu? Rzadko na dachu. W przypadku naziemnej instalacji fotowoltaicznej dla użytku mieszkaniowego, przy wystarczającej powierzchni dostępnej do montażu, mały system śledzenia lub mechanizm sezonowego regulowania kąta nachylenia może być opłacalny.

Pytanie: Czy systemy śledzenia działają w warunkach śniegu lub pyłu? Tak, przy odpowiedniej strategii pozycji spoczynkowej — stroma pozycja spoczynkowa umożliwia odprowadzanie śniegu i zmniejsza gromadzenie się pyłu. Systemy śledzenia można również zdalnie ustawić w pozycji spoczynkowej podczas burz pyłowych.

Pytanie: Co to jest „backtracking” i dlaczego ma to znaczenie? Wsteczne przesuwanie obraca rzędy paneli w kierunku od optymalnego kąta padania promieni słonecznych, aby uniknąć zacieniania sąsiednich rzędów. W gęstych układach pozwala to odzyskać kilka procent rocznej wydajności.

Pytanie: jednoosiowy czy dwuosiowy? System jednoosiowy zapewnia większość możliwego zysku przy ułamku kosztów i złożoności systemu dwuosiowego. System dwuosiowy zwiększa wydajność tylko o 5–10% w większości lokalizacji i jest przeznaczony głównie do zastosowań koncentracji energii słonecznej oraz badań naukowych.

Czy określasz ślednik (tracker), czy grunty zmontowane z użyciem śledników? Kinpower dostarcza jednoosiowych systemów śledzenia PV oraz inteligentnych śledników słonecznych, które można łączyć z magazynami energii LiFePO4 w elektrowniach hybrydowych; wszystkie systemy są wyposażone w certyfikowaną dokumentację obciążeń wiatrem. Zobacz rozwiązania energetyczne lub poznaj systemy komercyjne i przemysłowe .