أنواع متعقبات الطاقة الشمسية ومزاياها وعيوبها

أجهزة تعقب الطاقة الشمسية هي نوع من الأجهزة ذات الألواح الكهروضوئية (PV) , والتي تتعقب بدقة مسار الشمس طوال اليوم . بشكل نموذجي , يضبط نظام التتبع الشمسي وجه الألواح الشمسية أو الأسطح العاكسة ليتبعها حركة الشمس . تزيد حركة أجهزة تعقب الطاقة الشمسية من إنتاج الطاقة الشمسية بنسبة تصل إلى 40٪ من الألواح القياسية. تكنولوجيا الاصطياد .

أنواع أنظمة التتبع الشمسي

يمكن تصنيف أنظمة التتبع الشمسي حسب طريقة حركتها .

هناك محاور لسطح متحرك: محورين أفقيين ومحور رأسي واحد .

يمكن تدوير السطح حول كل محور (مائل) للحصول على الزاوية الصحيحة لاستقبال أقصى قدر من ضوء الشمس .

عندما تحدث حركة أو تعديل السطح بالتناوب حول محور واحد , يطلق عليه تتبع المحور المفرد .

من ناحية أخرى , عندما يحدث دوران السطح حول محورين في وقت واحد , يطلق عليه تتبع المحور الثنائي .

تطبيق نظام تتبع أحادي المحور

عادة ما تتحرك أجهزة التتبع أحادية المحور من الشرق إلى الغرب وتتبع اتجاه الشمس .

أجهزة التتبع أحادية المحور لها زاوية واحدة فقط تُستخدم كمحور للدوران . يمكن لهذا النوع من أجهزة التتبع زيادة إنتاج الكهرباء بأكثر من 30٪ .

توفر أجهزة التتبع هذه طريقة فعالة , بسيطة , ومنخفضة التكلفة لتحسين أداء التركيبات الشمسية .

أيضًا , يمكن لأجهزة التتبع هذه تحسين أداء الشمس خلال فصلي الصيف والربيع , عندما تكون الشمس في موضع أعلى في السماء .

فائدة أدوات التتبع أحادية المحور , ومع ذلك , تنخفض كلما تحركت بعيدًا نحو الشمال . لأن التباين في زاوية الشمس يكون أعلى بين فصلي الصيف والشتاء .

أيضًا , ينخفض الأداء خلال الأوقات الأخرى من العام للوضع الأفقي للشمس . عند خطوط العرض الأعلى , تعمل أدوات تتبع المحور الرأسي بشكل أفضل .

بهذه الطريقة , يمكن للصفائف أو الألواح الشمسية تتبع موقع الشمس خلال الشتاء وكذلك الصيف .

الآن , دعونا نتحدث عن أنواع مختلفة من أجهزة التتبع أحادية المحور مثل الأفقية , الرأسية , المائلة , والمحاذاة القطبية .

جهاز تعقب شمسي أفقي أحادي المحور (hsat)

يدور المقتفي الشمسي الأفقي أحادي المحور من الشرق إلى الغرب على مدار اليوم على محور ثابت موازٍ للأرض .

يعتبر هذا النوع من أجهزة التعقب أكثر هندسة تعقب فعالية من حيث التكلفة في العديد من التطبيقات .

يمكن لأجهزة التتبع الأفقية أحادية المحور تتبع حركة الشمس من الصباح إلى المساء عبر السماء .

يمكن دعم هيكل HSAT في العديد من النقاط على طول المحور الدوار ، وبالتالي يتطلب تعقيدًا أقل ومواد أقل للبناء مقارنة بهندسة التتبع الأخرى .

تُفضل هندسة التتبع الأفقية بشكل أكبر لأنها تقلل من متطلبات المواد الإنشائية عن طريق إبقاء الوحدات في مستوى منخفض نسبيًا عن الأساس .

أيضًا , ليست هناك حاجة إلى اتصال خاص لتدوير النظام حول مركز جاذبيته .

جهاز تعقب شمسي مائل أفقي أحادي المحور (HTSAT)

هذا النوع من أجهزة تعقب الطاقة الشمسية أحادية المحور مشابه لنظام HSAT . ومع ذلك , يتم تثبيت الجهاز عند إمالة معينة .

تعد أنظمة التتبع ذات المحور المائل أكثر تعقيدًا نسبيًا من أجهزة التتبع الأفقية أحادية المحور وتتطلب عادةً أساسًا خرسانيًا .

تميل htsats لأعلى وإتجاه الجنوب أو نصف الكرة الشمالي وتدور الألواح من الشرق إلى الغرب طوال اليوم لتتبع حركة الشمس .

نظرًا لأن htsats أكثر تعقيدًا , فقد تكون باهظة الثمن . أيضًا , فإن المتطلبات المحتملة لوجود أساس خرساني تضيف تكلفة .

بشكل عام , htsats غير قابلة للتطوير , مما يعني أن المكونات الميكانيكية غير مشتركة بين الوحدات . نظرًا لهذا , قد لا تكون التكلفة لكل لوحة أقل في المصفوفات الأكبر .

جهاز تعقب شمسي عمودي أحادي المحور (VSAT)

تدور أجهزة تعقب الطاقة الشمسية أحادية المحور الرأسية أو VSAT من الشرق إلى الغرب بعد الشمس طوال اليوم .

غالبًا ما يتم تثبيت هذه الأنظمة في المرتفعات العالية أو المواقع الجبلية .

لا يكون ملف Vsats موازيًا للأرض , مما يسهل على هؤلاء المتتبعين الحفاظ على زاوية ثابتة لوقوع الشمس عندما تكون الشمس منخفضة في السماء .

هذا مفيد بشكل خاص في خطوط العرض الشمالية , على سبيل المثال , بين 40 درجة و 55 درجة . ولكن , على عكس المصفوفات الأفقية المستوية , تحتاج تخطيطات المجال الرأسي إلى استيعاب المظهر الجانبي الأطول للمتعقب العمودي والانتشار وحدات للخارج لتجنب التظليل الذاتي وفقدان الطاقة .

نتيجةً لذلك , تميل أدوات التتبع الرأسية أحادية المحور إلى الحصول على كثافة طاقة أقل نسبيًا لكل فدان .

جهاز تعقب شمسي أحادي المحور مائل رأسيًا (vtsat)

يشبه هذا النوع من المتعقبات , متتبع أحادي المحور مائل . والفرق الوحيد هو أن الإمالة موازية لموضع أفقي وتدور على محور عمودي .

يمكن لهذه المتعقبات أيضًا تحسين حصاد الطاقة مقارنةً بالمتتبعات الأفقية . ومع ذلك , نظرًا لزاوية الميل المثلى , تخضع أدوات التتبع المائلة أحادية المحور لزيادة تحميل الرياح مقارنة بالوحدات الأفقية .

في vtstats , المتطلبات الإنشائية أعلى , ونتيجة لذلك , يتم استخدام المزيد من الفولاذ والخرسانة مقارنة بالمصفوفة الأفقية .

مزايا نظام التتبع الشمسي أحادي المحور

تتمتع أجهزة التتبع أحادية المحور بدرجة واحدة من المرونة تعمل كمحور دوران , والذي يتم محاذاة بشكل عام على طول مسار شمال - جنوب . تشمل المزايا الرئيسية لأجهزة التتبع أحادية المحور ما يلي:

• تعد أجهزة التتبع أحادية المحور أكثر موثوقية .
• يتمتع المحور الأحادي بعمر أطول من أجهزة التتبع ثنائية المحور .
• تعد أجهزة التتبع أحادية المحور أرخص من أجهزة التتبع ثنائية المحور لأنها تتميز بآلية بسيطة وتعمل بتكلفة منخفضة .
• تعد أجهزة التتبع أحادية المحور مثالية للشركات ذات الميزانية المنخفضة أو المناطق الملبدة بالغيوم بشكل عام .
• تعد أجهزة التتبع أحادية المحور 32 . فعالة بنسبة 17٪ تقريبًا مقارنة بلوحة تثبيت تعقب الطاقة الشمسية الثابتة .
• تتبع أجهزة التتبع هذه الشمس من الشرق إلى الغرب , وتوفر خرج طاقة ثابتًا طوال اليوم .
• تولد أجهزة التعقب طاقة سنوية أعلى بنسبة 15-16٪ مقارنة بمحطة ثابتة بنفس السعة المركبة .
• توفر أدوات التتبع أحادية المحور أعلى كثافة لوضع اللوحة الكهروضوئية لكل مربع .
• فترة الاسترداد أقل للاستثمار في مشروع الطاقة الشمسية , وزيادة كبيرة في الأرباح .

قد يتطلب تركيب نظام تتبع شمسي بعض الأجزاء والتروس الإضافية لإضافتها إلى نظام الألواح الشمسية , وتتطلب صيانة من وقت لآخر أيضًا .

عيوب نظام التتبع الشمسي أحادي المحور

• ناتج الطاقة أقل بواسطة تعقب أحادي المحور أثناء الظروف المشمسة مقارنة بأجهزة التتبع ثنائية المحور
• ترقية تكنولوجية محدودة .

تطبيق نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور

تحتوي أجهزة التتبع ثنائية المحور على درجتي محور دوران , والتي تسمى "المحور الأساسي" و "المحور الثانوي ."

يمكن أن يتحرك محور الدوران لأسفل أو لأعلى للتكيف مع زوايا الشمس طوال اليوم .

يسمح التتبع ثنائي المحور بالتوجيه الأكثر دقة للجهاز الشمسي ويقال إنه يوفر ناتجًا أكثر بنسبة 40٪ من خلال امتصاص الطاقة . ومع ذلك , تعد أجهزة تعقب الطاقة الشمسية هذه أكثر تعقيدًا وتكلفة .

تواجه أجهزة التعقب ثنائية المحور الشمس باستمرار حيث يمكنها التحرك في اتجاهين مختلفين . هناك نوعان من أجهزة التتبع ثنائية المحور القائمة على الارتفاع - إمالة الطرف والسمت - الارتفاع .

عادةً , يتم استخدام التتبع ثنائي المحور لتوجيه مرآة وإعادة توجيه ضوء الشمس على طول محور ثابت نحو مستقبل ثابت .

نظرًا لأن أجهزة التتبع هذه تتعقب مسار الشمس رأسياً وأفقياً , فإنها تساعد في الحصول على أقصى قدر من الطاقة الشمسية .

يمكن أن تحل المتتبعات ذات المحور المزدوج والسمت والارتفاع كلا المشكلتين . ومع ذلك , يمكن أن تكون هذه المتعقبات باهظة الثمن وتضيف ما يقرب من , 500– , 500 إلى تكلفة تركيب الطاقة الشمسية .

تعتمد وظيفة المتعقبات ثنائية المحور على المحاور الرأسية والأفقية , التي يتم توجيهها بوحدة تحكم مماثلة للتلسكوبات الشمسية . وهي مكلفة للغاية , ويقتصر استخدامها عمومًا على أنظمة الطاقة الشمسية ذات الدرجة التجارية .

يتم أيضًا استخدام التتبع الدقيق لأجهزة تعقب الطاقة الشمسية ثنائية المحور في التطبيقات الشمسية المركزة , مثل المرايا التي توجه مستقبلات ضوء الشمس وتحويل ضوء الشمس إلى حرارة .

مزايا نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور

• تتبع أجهزة التتبع ثنائية المحور الشمس باستمرار وتوفر خرج طاقة ثابتًا طوال اليوم .
• توفر أجهزة التعقب بالطاقة الشمسية هذه حلاً معقولاً في حالات قدرة الطاقة المحدودة للاتصال بالشبكة .
• تحتاج أجهزة التتبع ثنائية المحور إلى مساحة أصغر وتوفر فرصة لاستخدام المنطقة المتبقية حولها لأغراض إضافية أخرى مثل مواقف السيارات , البستنة , وغيرها .
• تولد أجهزة التتبع هذه إنتاج طاقة أعلى بنسبة 45-50٪ سنويًا , مقارنة بمحطة ثابتة بنفس السعة المركبة ؛
• توفر أجهزة التتبع ثنائية المحور الحل الأمثل للمناطق التي قد تعيق إنتاجية الطاقة الشمسية. وآخرين .
• تكون فترة الاسترداد على الاستثمار أقل في حالة أدوات التتبع ثنائية المحور . أيضًا , ستكون هناك زيادة كبيرة في الأرباح خلال فترة حياتها .

مساوئ تعقب المحور المزدوج

• أجهزة التتبع ثنائية المحور لديها درجة عالية من التعقيد التقني , مما يجعلها عرضة للخلل .
• تتمتع أجهزة التتبع هذه بعمر افتراضي أقصر وموثوقية أقل .
• أداء منخفض في طقس غائم أو ملبد بالغيوم

أنواع أخرى من أجهزة تعقب الطاقة الشمسية:

أجهزة تعقب سلبية

تستخدم أجهزة التعقب الشمسي المنفعلة سائل غاز مضغوط مع نقطة غليان منخفضة تدور إلى جانب أو آخر لجعل المقتفي يتحرك استجابةً لاختلال التوازن .

نظرًا لأن هذا النوع من التوجيه غير دقيق , فهو غير مناسب لأنواع معينة من المجمعات الكهروضوئية المركزة (PV) ولكنه يعمل بشكل جيد لأنواع الألواح الكهروضوئية الشائعة .

بتتبع نشط

المتعقبات النشطة , من ناحية أخرى , تستخدم المحركات والعتاد لتوجيه المتعقب بواسطة وحدة تحكم , تستجيب لاتجاه الشمس .

لأن المحركات تستهلك الطاقة , يجب استخدامها عند الضرورة .

النطاق المستقبلي لأنظمة التتبع الشمسي

أجهزة تعقب الطاقة الشمسية , سواء كانت أحادية المحور أو ثنائية المحور , يمكن أن تساعد في توليد المستوى الأمثل من الطاقة الشمسية .

هذا هو السبب في أنه من المهم تحديد نوع أداة التتبع المناسبة مع مراعاة العوامل المختلفة , بما في ذلك التضاريس , المناخ , ونوع الألواح الشمسية المستخدمة .

إذا كنت مُثبِّتًا للطاقة الشمسية , اعتمادًا على قيود الميزانية لعميلك , التضاريس والمناخ , وعمر النظام , ، فأنت بحاجة إلى مراعاة العوامل الرئيسية لاتخاذ القرار الصحيح .

الآن , عندما يتعلق الأمر بمستقبل صناعة تعقب الطاقة الشمسية , يبدو مشرقًا جدًا . في عام 2018 , كان الحجم المقدر لسوق تعقب الطاقة الشمسية العالمي . 92 مليارًا , وفقًا لـ بحث جراند فيو .

من المتوقع أن يتوسع السوق بمعدل نمو سنوي مركب قدره 14 . 1٪ بحلول عام 2025 بسبب الطلب المتزايد على الخلايا الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية . ومن المتوقع أن يستمر معدل النمو هذا في السنوات القادمة .