Солнечные трекеры с одной осью: конструкция, варианты для жилых помещений и наземные системы

Что делает однокосый солнечный трекер

Aодноосевой солнечный трекер вращает массив вокруг одной оси, чтобы следовать за Солнцем в течение дня. Наиболее распространённая конфигурация — горизонтальная ось «север–юг», при которой панели наклоняются на восток утром, располагаются горизонтально в полдень и на запад — во второй половине дня. Горизонтальный однокосый трекер (HSAT) такого типа обычно обеспечивает прирост годовой выработки энергии на 15–25 % по сравнению с неподвижным наклонным массивом в том же месте, в зависимости от широты и климата.

Этот прирост обусловлен исключительно геометрией. Неподвижный массив оптимизирован для одного момента времени; массив с трекингом — для каждого момента. Когда вы видите однокосые солнечные панели с трекингом в сравнении с неподвижным наклонным массивом, указанный процент — это то, что фактически продаётся; он подтверждается расчётом выработки кВт·ч на каждый установленный кВт, а не сравнением технических характеристик модулей.

Как работает механизм трекинга

Каждая однокосая установка состоит из четырёх одинаковых подсистем:

Современные контроллеры работают по астрономическому принципу: они вычисляют положение Солнца на основе даты, времени и координат GPS — оптические датчики, подверженные дрейфу или загрязнению, не требуются. Это критически важно для надёжности: система слежения за Солнцем с одной осью это зависит от загрязнённого датчика и может привести к большей потере энергии, чем получению.

Обратное слежение это функция, на которой стоит настаивать. Ранним утром и поздним вечером ряды в противном случае будут отбрасывать тень на соседние ряды. Обратное отслеживание поворачивает ряды немного в сторону от идеального угла, чтобы устранить затенение; при плотной расстановке это позволяет восстановить 2–5 % годовой выработки, которая в противном случае была бы потеряна.

Системы наземного монтажа: там, где трекеры окупаются

Наземные системы солнечного отслеживания являются основной областью применения. Экономическая целесообразность возникает при выполнении трёх условий:

1. Большие ровные участки без затенения — трекерам требуется расстояние между рядами, и они не могут размещаться на одной крыше.

1. Климат с высокой прямой инсоляцией — трекеры улавливают прямое лучистое излучение; в климатах с преобладанием рассеянного излучения прирост снижается до 8–12 %.

1. Достаточный масштаб для амортизации приводов — стоимость привода и контроллера на кВт резко снижается при мощности свыше примерно 100 кВт.

Для коммунальных и крупных коммерческих объектов однокосые солнечные трекеры стали стандартом в регионах с высоким прямым нормальным излучением (DNI), таких как Ближний Восток, юго-запад США, Австралия и Латинская Америка.

Монофациальные против бифациальных модулей

Трекеры особенно хорошо сочетаются с бифациальными модулями, поскольку приподнятая конструкция установки и альбедо поверхности земли позволяют задней стороне модулей обеспечить дополнительную выработку энергии на 5–15 %. Комбинация однокосых трекеров и бифациальных модулей сегодня является стандартной спецификацией для коммунальных проектов.

Применение в жилых домах: реалистично или нет?

Aжилой однокосый солнечный трекер представляет собой значительно более узкую область применения по сравнению со своими коммунальными аналогами, и стоит честно объяснить причины этого.

Что подойдёт:

• Наземные жилые массивы при наличии свободного участка земли — наземная трекерная система может быть оправдана там, где площадь крыши ограничена, но двор достаточно велик.

• Ручная или сезонная регулировка угла наклона — недорогой приближённый вариант, обеспечивающий значительную часть преимуществ

• Трекеры малой мощности с одним полюсом управляемые одним приводом, в диапазоне 1–5 кВт

• Комплекты для модернизации с функцией наклона для существующих наземных креплений

Что редко работает:

• Трекеры, устанавливаемые на крышах — механически сложные, требующие вмешательства в конструкцию здания и экономически неоправданные на скатных крышах

• Очень маломощные системы — стоимость привода и контроллера на 1 кВт остаётся высокой при мощности ниже примерно 3 кВт

Aдомашний солнечный трекер поэтому обычно означает либо сезонную регулируемую по наклону наземную установку, либо небольшую однополюсную систему, а не полный ряд промышленных трекеров. Для большинства домов с наклонной крышей дополнительные модули — более дешёвый способ приобрести те же киловатт-часы.

Что указывать при покупке

Независимо от того, закупаете ли вы одноосевую солнечную панель с трекером для однополюсной установки или фермы HSAT мощностью в мегаватты, применимы одни и те же вопросы:

• Расчётная ветровая нагрузка — расчётная скорость ветра, для которой конструкция сертифицирована, а также стратегия перевода в безопасное положение (stow). Трекеры должны автоматически перемещаться в безопасное положение при превышении порогового значения скорости ветра.

• Фундамент и грунт — забивные сваи, балластные или бетонные; это зачастую самая крупная статья расходов.

• Допустимый уклон рельефа — насколько большой уклон с севера на юг и с востока на запад может компенсировать система без земляных работ.

• Резервирование привода — можно ли обойти отказ одного привода, не выводя при этом всю строку из эксплуатации?

• Открытость контроллера — Modbus TCP или задокументированный API, чтобы система SCADA объекта могла интегрироваться с ним.

• Разделение гарантии — срок службы конструкции (обычно 20–25 лет) по сравнению со сроком службы приводов и контроллеров (обычно 10–15 лет).

• Доступ для технического обслуживания и эксплуатации — подшипники и приводы требуют периодического осмотра; конструкция должна обеспечивать удобный доступ.

Одноосевые системы против систем с фиксированным наклоном против двухосевых систем

Решение принимается путём сравнения, а не как абсолютный выбор, поэтому полезно рассмотреть три варианта одновременно.

Средний столбец — это то место, где рынок стабилизировался. Одноосевое слежение солнечных панелей обеспечивает подавляющую часть возможного прироста — примерно 80 % того, что даёт двухосевое слежение — при ничтожной доле затрат, массы и эксплуатационных расходов. Двухосевые системы оправданы лишь там, где стоимость земли фактически равна нулю, а стоимость энергии необычайно высока, например, на концентрирующих солнечных тепловых электростанциях.

Существует также более простой промежуточный вариант, о котором стоит знать: сезонная регулировка угла наклона . Изменение угла наклона стационарной установки три–четыре раза в год обеспечивает прирост примерно на 5–8 % по сравнению с эффектом от слежения, при практически нулевых затратах и сложности. Для небольшой бытовой установки это зачастую разумный компромисс.

Сравнивая коммерческие предложения, убедитесь, что базовый показатель объективен. Прирост на 20 % от трекера измеряется относительно правильно наклонная фиксированная решётка — а не плохо ориентированная. Всегда уточняйте, какой угол наклона и азимут предполагаются в сравнении.

Затраты и срок окупаемости

При повышении выхода на 20 % и дополнительных затратах примерно 50 долларов США за кВт инвестиции в солнечный трекер окупаются за несколько лет на рынках с высокой инсоляцией — поэтому разработчики крупных электростанций рассматривают использование трекеров как стандарт, а не как опцию.

Часто задаваемые вопросы

В: На сколько больше энергии вырабатывает однокосильный трекер? Обычно на 15–25 % больше, чем фиксированный наклонный массив в местах с высокой прямой инсоляцией, и на 8–15 % — в облачных климатах.

В: Оправдано ли применение трекера для частного дома? Практически никогда на крыше. На наземном жилом массиве с достаточным свободным пространством небольшой трекер или механизм сезонной регулировки угла наклона может быть целесообразным.

В: Работают ли трекеры в условиях снега или пыли? Да, при правильной стратегии парковки — крутой угол парковки способствует соскальзыванию снега и снижает накопление пыли. Трекеры также можно перевести в режим парковки во время пыльных бурь.

В: Что такое отслеживание с компенсацией тени (backtracking) и почему это важно? Отслеживание с компенсацией тени поворачивает ряды панелей в сторону от идеального угла по отношению к Солнцу, чтобы избежать затенения соседних рядов. При плотной расстановке это позволяет повысить годовую выработку на несколько процентов.

Вопрос: Одноосевая или двухосевая система? Одноосевая система обеспечивает большую часть возможного прироста выработки электроэнергии при значительно меньших затратах и технической сложности. Двухосевая система даёт лишь на 5–10 % больше энергии в большинстве регионов и применяется исключительно в концентрированных солнечных установках и научно-исследовательских целях.

Выбор между солнечным трекером и системой наземных трекеров? Kinpower поставляет одноосевые фотоэлектрические трекерные системы и интеллектуальные солнечные трекеры, совместимые с аккумуляторами LiFePO4 для гибридных электростанций, а также предоставляет сертифицированную документацию по ветровой нагрузке. Ознакомьтесь с решениями в области энергетики или изучите коммерческие и промышленные системы .