Трекеры солнечных станций

Увеличение выходной мощности солнечной электрической панели, при применении одно или -двухосных систем слежения за Солнцем

В последние годы в мире можно наблюдать стремительный рост генерации электрической и тепловых мощностей с использованием возобновляемых источников энергии. А стоимость производства ватта электроэнергии солнечными станциями, за прошедшие годы сократилась почти в 2 раза, параллельно с этим выросла эффективность самих солнечных панелей. Главным достоинством полученной таким методом энергии является ее экологическая чистота, т.к. мы можем производить, необходимую нам для комфортной жизни энергию, без сжигания ископаемых углеводородов, а значит не выбрасывая  CO2 и другие парниковые газы.

Бесспорным фаворитом в качестве источника энергии для нас является Солнце. От него мы получаем колоссальное количество энергии, по упрощенным расчетам 1000 Вт/м2 на поверхность расположенную перпендикулярно к потоку солнечных лучей.  Современные промышленно выпускаемые солнечные панели, сделанные на основе кремниевых пластин, способны преобразовать в электричество порядка 14-20% энергии получаемой от Солнца. Поэтому, одним из основным направлений развития фотоэлектрической индустрии, является поиск различных инженерных решений для максимизации количества энергии, которую можно получить с единицы площади установленной энергетической системы.

Трекеры солнечных станций — используй Солнеце на полную!

Применение модулей солнечных панелей, закрепленных на движущихся конструкциях (солнечный трекер) – является одним из таких методов получения большей выходной мощности установки, по сравнению с стационарно установленными фотоэлектрическими панелями.  Принцип действия таких систем основан на максимальном использовании, доступной в течении светового дня, солнечной энергии. Это достигается за счет возможности оптимальной ориентации рабочей поверхности, т.е. такой ее установки, при которой солнечные лучи будут постоянно попадать на фотоэлектрические пластины под углом в 90̊. Такое расположение позволяет использовать всю максимально эффективную площадь солнечной панели. Приведенная ниже формула (1) расчета эффективной площади (Smax) показывает ее зависимость от угла падения солнечных лучей (α).

 Smax=S*sin⁡α,                         (1)

где α –угол между плоскостью панели и направлением потока солнечного света;

S – значение реальной площади солнечной панели.

Также, для достижения максимальной выработки электричества, необходимо учитывать тот факт, что с увеличением угла α будет увеличиваться отражающая способность солнечной панели, а значит станет меньше количество солнечной энергии, которая попадет на фотоэлектрические преобразователи.

Типы конструкций систем слежения за Солнцем

Для того, чтобы солнечная панель максимально эффективно следила за движением Солнца, она должна иметь 2 плоскости свободы, которые будут компенсировать движение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца по орбите. Различают несколько видов реализации двухосных систем слежения за Солнцем: с установкой солнечных модулей на наконечнике несущей опоры (TTDAT), и системы с двумя осями вращения и опорной плоскость (AADAT). Двухосные трекеры солнечных станций добавляют 5-10% к эффективности системы, по сравнению с одноосными.

Т.к. суточное движение Солнца в значительно большей мере влияет на то количество поступающей солнечной радиации, которое мы можем использовать, то для многих ситуаций экономически выгоднее использовать динамические системы с одной осью вращения. Такие системы легче сделать с конструкторской точки зрения, а значит они будут надежней и проще в обслуживании.  Расположение оси вращения в таких установках, может быть горизонтальным (HSAT), вертикальным (VSAT), наклонным (TSAT) и полярно ориентированным (PSAT).

Зависимость количества попадающей в течении дня на рабочую плоскость солнечной инсоляции от угла ее установки (β) показана на рисунке 1. Из графика видно, что для разного времени года целесообразно менять угол установки на такой, при котором можно получить максимум солнечной энергии.

Рисунок 1. Изменение средней ожидаемой инсоляции H на поверхности при различных углах ее установки, в зависимости от времени года. Для широты 45° N.

Источник: Twidell J., Weir T.  Renewable Energy Resources. — 2nd ed., USA, 2006. C 110

Трекеры солнечных станций — эффективность?

Солнечный трекер может увеличить суммарную генерацию энергии, по разным оценкам, на 20-65% от выработки стационарно установленных под оптимальным углом систем. Такой большой разброс в цифрах обусловлен тем что, каждая солнечная установка имеет ряд индивидуальных параметров. Самым значительным из которых является географическое положение и ориентация. Как показывают исследования эффективности систем слежения за Солнцем в разных уголках мира [4-14], ситуация для одной и той-же технически идентичной (или похожей) системы в тропиках и в северных широтах будет различная. Для Украины реальные показатели работы солнечных трекеров находятся в диапазоне 35-45% прироста генерации электроэнергии.

Трекеры солнечных станций – устройства, которые способны повысить эффективность фотоэлектрической панели, а значит и всей солнечной станции без существенного увеличения площади и добавления новых дополнительных модулей в систему. А грамотно проведенные расчеты оптимального расположения солнечных модулей, позволяют использовать по максимуму все доступное солнечное излучения для генерации электричества и получения максимальной прибыли по зеленому тарифу.

Перейти на страницу выбора доступных к заказу солнечных трекеров «Димамические системы монтажа солнечных панелей«.

Автор: Черкашина Маргарита (менеджер проектов, инженер-проектировщик)

Копировать статью или часть текста можно только с указанием ссылки на источник.

Источники:

1. Patel, Mukund R. Wind and solar power systems: design, analysis, and operations— 2nd ed., CRC Press, 2006. (http://www.fanarco.net/books/misc/Wind_and_power_Solar_System.pdf);
2. Twidell J., Weir T. Renewable Energy Resources. — 2nd ed., Taylor & Francis e-Library, 2006. (http://maxwell.sze.hu/~marcsa/MegujuloEnergiaforrasok/Books/renewable%20energy%20resources.pdf);
3. Rizk, J., and Y. Chaiko. «Solar tracking system: more efficient use of solar panels.» Proceedings of World Academy of Science, Engineering and Technology. Vol. 31. 2008. (http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.306.7087&rep=rep1&type=pdf);
4. Hossein Mousazadeh, Alireza Keyhani, Arzhang Javadi, Hossein Mobli, Karen Abrinia, Ahmad Sharifi. “A review of principle and sun-tracking methods for maximizing solar systems output.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 13, Issue 8, October 2009, Pages 1800-1818 
   (http://www.researchgate.net/publication/223826240_A_review_of_principle_and_sun-tracking_methods_for_maximizing_solar_systems_output._Renew_Sustain_Energy_Rev);
5. Ayoub, Haytham. «Improving the energy capture of solar collectors.»Sustainable Engineering, Renewable Energy Systems & the environment, Sept(2012): 156-160.(http://www.esru.strath.ac.uk/Documents/MSc_2012/Ayoub.pdf);
6. Kelly, Nelson A., and Thomas L. Gibson. «Increasing the solar photovoltaic energy capture on sunny and cloudy days.» Solar Energy 85.1 (2011): 111-125 (http://wgbis.ces.iisc.ernet.in/biodiversity/sahyadri_enews/newsletter/issue45/bibliography/Increasing%20the%20solar%20photovoltic%20energy%20capture%20on%20sunny%20and%20cloudy%20days.pdf);
7. Catarius, Adrian. Azimuth-altitude dual axis solar tracker. Diss. WORCESTER POLYTECHNIC INSTITUTE, 2010. (http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-121710-140419/unrestricted/Dual_Axis_Tracker_Final_Report.pdf);
8. Lave, Matthew, and Jan Kleissl. «Optimum fixed orientations and benefits of tracking for capturing solar radiation in the continental United States.»Renewable Energy 36.3 (2011): 1145-1152. (http://ecreee.wikischolars.columbia.edu/file/view/Lave+and+Kleissl,+UCSD+-+Optimum+fixed+orientations+and+benefits+of+tracking+for+capturing+solar+radiation+in+the+continental+United+States.pdf);
9. Ferdaus, Rashid Ahammed, et al. «Energy Efficient Hybrid Dual Axis Solar Tracking System.» Journal of Renewable Energy 2014 (2014). (http://www.hindawi.com/journals/jre/2014/629717/);
10. Huang, Bin-Juine, et al. «Improving solar PV system efficiency using one-axis 3-position sun tracking.» Energy Procedia 33 (2013): 280-287. (http://ac.els-cdn.com/S1876610213000799/1-s2.0-S1876610213000799-main.pdf?_tid=8cc3f8e4-739a-11e5-afc8-00000aab0f26&acdnat=1444954512_e8ffc6f6b70ad0552e1b62be2ca020be);
11. Lopez, D., et al. «Analysis of a Ground-Mounted Double Axis Photovoltaic Installation in Spain.» International Conference on Renewable Energies and Power Quality, Las Palmas de Gran Canaria. 2011. (http://www.icrepq.com/icrepq’11/358-lopez.pdf);
12. Zhang, Qi-Xun, et al. «A Solar Automatic Tracking System that Generates Power for Lighting Greenhouses.» Energies 8.7 (2015): 7367-7380. (http://www.mdpi.com/1996-1073/8/7/7367/htm);
13. Kivrak, Sinan, Mustafa Gunduzalp, and Furkan Dincer. «Theoretical and experimental performance investigation of a two-axis solar tracker under the climatic condition of Denizli, Turkey.» Przegląd Elektrotechniczny 88.2 (2012): 332-336. (http://red.pe.org.pl/articles/2012/2/78.pdf);
14. Pavlović, T., et al. «Determining optimum tilt angles and orientations of photovoltaic panels in Niš, Serbia.» Contemporary Materials I 2 (2010). (http://www.savremenimaterijali.info/sajt/doc/file/casopisi/SM1_2/8-pavlovic.pdf);
15. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_tracker;