Pregled opreme
Popolnoma avtomatski sledilnik sončne svetlobe je inteligenten sistem, ki v realnem času zaznava azimut in nadmorsko višino sonca ter poganja fotovoltaične panele, koncentratorje ali opazovalno opremo, da vedno vzdržujejo najboljši kot s sončnimi žarki. V primerjavi s fiksnimi sončnimi napravami lahko poveča učinkovitost sprejema energije za 20–40 % in ima pomembno vrednost pri proizvodnji fotovoltaične energije, regulaciji kmetijske razsvetljave, astronomskem opazovanju in drugih področjih.
Sestava osnovne tehnologije
Sistem zaznavanja
Fotoelektrični senzorski niz: Za zaznavanje razlike v porazdelitvi intenzivnosti sončne svetlobe uporabite štirikvadrantno fotodiodo ali CCD slikovni senzor.
Kompenzacija astronomskega algoritma: Vgrajeno pozicioniranje GPS in baza podatkov astronomskega koledarja, izračun in napoved poti sonca v deževnem vremenu
Zaznavanje več virov z združevanjem: Združite senzorje intenzivnosti svetlobe, temperature in hitrosti vetra za doseganje pozicioniranja brez motenj (na primer razlikovanje sončne svetlobe od svetlobnih motenj)
Krmilni sistem
Dvoosna pogonska struktura:
Horizontalna rotacijska os (azimut): koračni motor krmili rotacijo 0-360°, natančnost ±0,1°
Os za nastavitev naklona (kot elevacije): Linearna potisna palica doseže nastavitev od -15° do 90°, da se prilagodi spremembi sončne višine v štirih letnih časih
Prilagodljivi algoritem krmiljenja: Uporabite PID krmiljenje z zaprto zanko za dinamično prilagajanje hitrosti motorja za zmanjšanje porabe energije
Mehanska struktura
Lahek kompozitni nosilec: Material iz ogljikovih vlaken dosega razmerje med trdnostjo in težo 10:1 ter stopnjo odpornosti na veter 10
Samočistilni ležajni sistem: stopnja zaščite IP68, vgrajena grafitna mazalna plast in neprekinjena življenjska doba v puščavskem okolju presega 5 let
Tipični primeri uporabe
1. Visokozmogljiva koncentrirana fotovoltaična elektrarna (CPV)
Sledilni sistem Array Technologies DuraTrack HZ v3 je nameščen v sončnem parku v Dubaju v ZAE z večkontaktnimi sončnimi celicami III-V:
Dvoosno sledenje omogoča učinkovitost pretvorbe svetlobne energije 41 % (fiksni nosilci le 32 %)
Opremljen z načinom delovanja za orkane: ko hitrost vetra preseže 25 m/s, se fotovoltaična plošča samodejno nastavi na kot, odporen proti vetru, da se zmanjša tveganje za strukturne poškodbe
2. Pametni kmetijski sončni rastlinjak
Univerza Wageningen na Nizozemskem integrira sistem za sledenje sončnic SolarEdge v rastlinjak za paradižnik:
Vpadni kot sončne svetlobe se dinamično prilagaja prek reflektorske matrike, kar izboljša enakomernost svetlobe za 65 %.
V kombinaciji z modelom rasti rastlin se v obdobju močne svetlobe opoldne samodejno odkloni za 15°, da se prepreči opekline listov.
3. Vesoljska astronomska opazovalna platforma
Observatorij Yunnan Kitajske akademije znanosti uporablja ekvatorialni sledilni sistem ASA DDM85:
V načinu sledenja zvezdam kotna ločljivost doseže 0,05 ločne sekunde, kar ustreza potrebam dolgotrajne izpostavljenosti objektov globokega vesolja.
Z uporabo kremenčevih žiroskopov za kompenzacijo vrtenja Zemlje je 24-urna napaka sledenja manjša od 3 ločnih minut.
4. Sistem pametne mestne ulične razsvetljave
Pilotni projekt fotovoltaičnih uličnih svetilk SolarTree na območju Shenzhen Qianhai:
Dvoosno sledenje + monokristalne silicijeve celice omogočajo povprečno dnevno proizvodnjo energije 4,2 kWh, kar podpira 72 ur delovanja baterije v deževnem in oblačnem okolju.
Ponoči se samodejno ponastavi v vodoravni položaj, da zmanjša upor vetra in služi kot platforma za pritrditev mikro bazne postaje 5G
5. Ladja za sončno razsoljevanje
Projekt »SolarSailor« na Maldivih:
Na palubo trupa je položena prožna fotonapetostna folija, sledenje valov pa se doseže s hidravličnim pogonskim sistemom.
V primerjavi s fiksnimi sistemi se dnevna proizvodnja sladke vode poveča za 28 %, kar zadosti dnevnim potrebam skupnosti z 200 ljudmi.
Trendi tehnološkega razvoja
Združevanje večsenzorskega pozicioniranja: Združite vizualni SLAM in lidar za doseganje centimetrske natančnosti sledenja na kompleksnem terenu
Optimizacija strategije pogona z umetno inteligenco: Uporabite globoko učenje za napovedovanje poti gibanja oblakov in vnaprejšnje načrtovanje optimalne poti sledenja (poskusi MIT kažejo, da lahko to poveča dnevno proizvodnjo energije za 8 %).
Zasnova bionične strukture: Posnemanje mehanizma rasti sončnic in razvoj naprave za samodejno krmiljenje iz tekočekristalnega elastomera brez motornega pogona (prototip nemškega laboratorija KIT je dosegel krmiljenje ±30°)
Vesoljski fotonapetostni sistem: Sistem SSPS, ki ga je razvila japonska JAXA, omogoča prenos mikrovalovne energije prek fazne antene, napaka sinhronega sledenja orbiti pa je <0,001°
Predlogi za izbiro in izvedbo
Puščavska fotonapetostna elektrarna, odporna proti pesku in prahu, delovanje pri visoki temperaturi 50 ℃, zaprt motor za zmanjšanje harmonikov + modul za odvajanje toplote zračnega hlajenja
Polarna raziskovalna postaja, zagon pri nizki temperaturi -60 ℃, zaščita pred ledom in snegom, ogrevalni ležaj + nosilec iz titanove zlitine
Domača distribuirana fotovoltaika, tiha zasnova (<40 dB), lahka strešna montaža, enoosni sledilni sistem + brezkrtačni enosmerni motor
Zaključek
Z napredkom v tehnologijah, kot so perovskitni fotovoltaični materiali in platforme za upravljanje in vzdrževanje digitalnih dvojčkov, se popolnoma avtomatski sledilniki sončne energije razvijajo od »pasivnega sledenja« do »napovednega sodelovanja«. V prihodnosti bodo pokazali večji potencial uporabe na področju vesoljskih sončnih elektrarn, umetnih svetlobnih virov za fotosintezo in medzvezdnih raziskovalnih vozil.
Čas objave: 11. februar 2025