อุตสาหกรรม

ติดตามดวงอาทิตย์: เครื่องมือติดตามระบบพลังงานแสงอาทิตย์

ติดตามดวงอาทิตย์: เครื่องมือติดตามระบบพลังงานแสงอาทิตย์

ระบบติดตามแสงอาทิตย์ของ NEXTracker (รูปภาพ: NEXTracker)

เครื่องติดตามแสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่ปรับทิศทางระบบ PV โดยเฉพาะการติดตั้งขนาดใหญ่เช่นโซลาร์ฟาร์มไปทางดวงอาทิตย์เพื่อให้สามารถจับพลังงานแสงอาทิตย์ได้มากกว่าที่จะทำได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ดังกล่าว โดยพื้นฐานแล้วการติดตามเป็นเรื่องของการลดมุมตกกระทบระหว่างแสงแดดที่ส่องเข้ามาและแผงโซลาร์เซลล์ แผงโซลาร์เซลล์สามารถจับส่วนที่กระจายแสงของดวงอาทิตย์ในท้องฟ้าสีฟ้าซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนเมื่อมีเมฆมากเช่นเดียวกับแสงแดดโดยตรงและตัวติดตามแสงอาทิตย์สามารถเพิ่มปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่จับได้ โดยทั่วไประบบติดตามมักจะจับแสงอาทิตย์ได้เพิ่มขึ้นอีก 50 เปอร์เซ็นต์ในฤดูร้อนและ 20 เปอร์เซ็นต์ในฤดูหนาว แต่จะแตกต่างกันไปตามละติจูด

อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้มีความจำเป็นมากยิ่งขึ้นสำหรับโรงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบเข้มข้น (CPV) และโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้น (CSP) ซึ่งรองรับส่วนประกอบออปติคัลของระบบเหล่านี้ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อกำหนดเป้าหมายไปที่ส่วนประกอบของแสงแดดโดยตรง ซึ่งคิดเป็น 90 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานของดวงอาทิตย์ดังนั้นตัวติดตามจึงต้องวางแนวให้เหมาะสม เครื่องมือติดตามที่มีความแม่นยำสูงสามารถมีความแม่นยำได้ที่± 5 องศาซึ่งหมายความว่าสามารถส่งพลังงานได้มากกว่า 99.6 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่นำโดยลำแสงตรงของดวงอาทิตย์และ 100 เปอร์เซ็นต์ของแสงกระจาย อย่างไรก็ตามเครื่องมือติดตามเหล่านี้มักจะไม่ถูกใช้กับระบบ PV ที่ไม่เน้น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการปรับใช้ของพวกเขามักได้รับการกระตุ้นโดยการพูดนอกเรื่องอย่างต่อเนื่องของสิ่งจูงใจของรัฐบาลเช่นอัตราภาษีฟีดอินพรีเมียม (FiT) ดังนั้นเมื่อการชำระเงินสำหรับพลังงานหมุนเวียนลดลงผู้พัฒนาโครงการจึงได้ชดเชยด้วยการพยายามเพิ่มผลผลิตสูงสุด

ตัวติดตามพื้นฐานมีสองประเภท: แกนเดี่ยวและแกนคู่และในทางกลับกันอาจแตกต่างกันไปในรูปแบบของพวกมันซึ่งจริงๆแล้วตัวติดตามมีหลากหลายประเภททั้งหมดนี้ออกแบบมาสำหรับสถานการณ์เฉพาะและระดับประสิทธิภาพที่ต้องการ

เครื่องมือติดตามแบบแกนเดี่ยวจะเคลื่อนที่ตามแนวของดวงอาทิตย์ไปทางทิศตะวันออกไปตะวันตกในขณะที่แกนคู่ยังสามารถเอียงได้เพื่อพิจารณาความแตกต่างระหว่างมุมของดวงอาทิตย์ในฤดูหนาวและฤดูร้อน มีการถกเถียงกันมากมายในอุตสาหกรรมเกี่ยวกับประสิทธิภาพของตัวติดตามสองแกนเนื่องจากความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นและความแตกต่างเล็กน้อยในการรวบรวมรายปีระหว่างตัวติดตามทั้งสองประเภท การตรวจสอบสถิติการผลิตจากออนแทรีโอพบว่าความแตกต่างมีเพียงประมาณ 4 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นโดยเปรียบเทียบกับการปรับปรุงที่ส่งมอบโดยตัวติดตามแกนเดี่ยวในอาร์เรย์คงที่ (24 ถึง 32 เปอร์เซ็นต์) อย่างไรก็ตามตัวติดตามแกนคู่สามารถผลิตได้สูงกว่าอาร์เรย์หลังคาคงที่ 40 ถึง 45 เปอร์เซ็นต์ในสถานการณ์ที่มีมลพิษในชั้นบรรยากาศน้อยมาก ("ความคมชัดสูง") น่าเสียดายที่ภูมิภาคส่วนใหญ่ในประเทศที่พัฒนาแล้วมีดัชนีความชัดเจนอยู่ที่ระดับ. 5 หรือแย่กว่านั้น

ตัวติดตามแกนคู่ที่โรงงาน Sevilla PV ในสเปน (รูปภาพ: afloresm, Flickr)

ตัวติดตามแกนเดี่ยวแนวนอนมีแกนการหมุนที่อยู่ในแนวนอนเมื่อเทียบกับพื้นดิน ซึ่งหมายความว่าข้อกำหนดเดียวในแง่ของระยะห่างคือให้แกนหมุนขนานกัน ตัวติดตามแกนเดี่ยวแนวนอนบางรุ่นมีโมดูลที่เอียงซึ่งสามารถช่วยประหยัดพื้นที่ได้จึงลดต้นทุนโดยรวมของโครงการให้น้อยที่สุด แทร็กเกอร์ที่มีแกนหมุนระหว่างแนวนอนและแนวตั้งเรียกว่าแทร็กเกอร์แกนเดี่ยวแบบเอียง โดยทั่วไปจะมีหน้าของโมดูลที่วางขนานกับแกนของการหมุน

ตัวติดตามแกนเดี่ยวแนวตั้งมักจะมีประสิทธิภาพในละติจูดสูงกว่าตัวติดตามแกนนอน พวกเขามักจะให้โมดูลเอียงเป็นมุมที่สัมพันธ์กับแกนของการหมุนดังนั้นการกวาดกรวยซึ่งสมมาตรแบบหมุนรอบแกนของการหมุน

เครื่องมือติดตามแกนคู่แบบ Tip-tilt (TTDAT) ติดตั้งบนเสาโดยมีการเคลื่อนที่ไปทางทิศตะวันออก - ตะวันตกหมุนรอบเสาโดยมีตลับลูกปืนรูปตัว T หรือ H ทำให้สามารถหมุนแนวตั้งได้

ตัวติดตามแกนคู่ Azimuth-altitude (AADATs) มีแกนราบในแนวตั้งกับพื้น พวกเขาใช้วงแหวนขนาดใหญ่ที่ติดตั้งอยู่บนพื้นดินพร้อมกับอาร์เรย์ที่ติดตั้งบนลูกกลิ้ง ซึ่งหมายความว่าน้ำหนักของอาร์เรย์จะกระจายไปตามส่วนหนึ่งของวงแหวนแทนที่จะอยู่ที่เสาซึ่งจะช่วยให้รองรับอาร์เรย์ที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก อย่างไรก็ตามเส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวนจะกำหนดระยะห่างและในทางกลับกันอาจลดความหนาแน่นของอาร์เรย์

ตัวติดตามแบบพาสซีฟใช้ของเหลวอัดก๊าซที่มีจุดเดือดต่ำเพื่อขับเคลื่อนไปรอบ ๆ เพื่อแก้ไขความไม่สมดุล ระบบเหล่านี้ยังใช้เงา / แผ่นสะท้อนแสงที่ตอบสนองต่อแสงแดดในตอนเช้าเพื่อ "ปลุก" แผงโซลาร์เซลล์และเอียงไปทางดวงอาทิตย์

ในที่สุดก็มีตัวติดตามตามลำดับเวลาซึ่งจะเปลี่ยนแผงโซลาร์เซลล์ในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของโลก

แทร็กเกอร์นำทางไปรอบ ๆ แผงโซลาร์เซลล์ผ่านระบบมอเตอร์และรางเกียร์ สิ่งเหล่านี้ดำเนินการโดยตัวควบคุมที่ตอบสนองต่อทิศทางการเดินทางของดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ยังใช้ไดรฟ์แบบแกว่ง (ไดรฟ์แบบแกว่งเป็นกระปุกเกียร์ชนิดหนึ่งที่สามารถรับแรงตามแนวรัศมีและแนวแกน) เพื่อจัดการการเคลื่อนที่ ในโรงงานผลิตพลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้น (CSP) ตัวติดตามสองแกนจะถูกควบคุมโดยคอมพิวเตอร์ส่วนกลางจัดการกระจกที่เคลื่อนย้ายได้ที่เรียกว่าเฮลิโอสแตทซึ่งสะท้อนแสงไปยังสถานีพลังงานส่วนกลาง

ศูนย์พลังงานแสงอาทิตย์ DeSoto Next Generation ของ บริษัท Florida Power & Light ที่ Arcadia Florida โดยใช้ระบบติดตาม SunPowerAE TO (ภาพ: Usina Fotovoltaica, Flickr)

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างในวิธีการติดตั้ง ตัวอย่างเช่น "ฐานรากแบบลอยน้ำ" ไม่จำเป็นต้องมีฐานรากคอนกรีตเนื่องจากวางบนพื้นโดยปกติจะวางบนถาดกรวด ซึ่งหมายความว่าสามารถติดตั้งในสถานที่ฝังกลบหรือสถานที่อื่น ๆ ดังกล่าวได้ดังนั้นจึงเพิ่มจำนวนไซต์ที่สามารถใช้งานได้

การติดตามส่วนใหญ่เหมาะสำหรับการใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และไม่เหมาะสำหรับระบบหลังคาที่อยู่อาศัย ในกรณีที่ติดตั้งระบบติดตามบนหลังคาที่อยู่อาศัยพวกเขาจะต้องถูกชดเชยจากหลังคาเพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายแผงได้ ซึ่งจะทำให้ภาระลมเพิ่มขึ้นและต้องใช้ระบบชั้นวางที่มีราคาแพง นอกจากนี้ยังมีข้อพิจารณาด้านสุนทรียศาสตร์ที่อาจเกี่ยวข้อง แม้แต่ในไซต์ขนาดใหญ่เครื่องมือติดตามจำเป็นต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่กว่าระบบคงที่เนื่องจากการเคลื่อนที่ของแผงควบคุมสามารถสร้างเงาบนแผงควบคุมอื่น ๆ ได้หากไม่ได้เว้นระยะห่างอย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตามผลประโยชน์รวมของการติดตามแสงอาทิตย์ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีขึ้นและความก้าวหน้าทางนวัตกรรมเช่นฟิล์มบาง ๆ มีผลต่อการเคลื่อนย้ายพลังงานแสงอาทิตย์ให้ใกล้เคียงกับกริดกับเชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างไม่ต้องสงสัยบางคนกล่าวว่าภายในไม่กี่ปี

ปัญหาหลักของเครื่องมือติดตามคือการเพิ่มต้นทุน ดังนั้นหากระบบติดตามเพิ่ม 25 เปอร์เซ็นต์ให้กับต้นทุนโครงการในขณะที่ยังเพิ่มผลผลิตได้อีก 25 เปอร์เซ็นต์ก็อาจเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าประสิทธิภาพในระดับเดียวกันสามารถทำได้เพียงแค่เพิ่มขนาดของระบบ นอกจากนี้ยังช่วยลดการบำรุงรักษาเพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับระบบติดตาม เนื่องจากต้นทุนสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ยังคงลดลงความคุ้มทุนในการติดตั้งระบบติดตามจึงลดลง ปัญหาอีกประการหนึ่งคือต้องมีการบำรุงรักษามอเตอร์ระบบติดตามอย่างต่อเนื่องซึ่งเป็นจุดที่ระบบใหม่ ๆ ที่เข้ามาช่วยรักษาความได้เปรียบที่ดี สิ่งนี้ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น Scott Dailey ผู้จัดการโครงการติดตามที่ First Solar พูดกับ Renewable Energy World ในปี 2013 แย้งว่าเครื่องมือติดตามแบบแกนคู่นั้นใช้งานได้จริงในตลาดที่มีอัตราภาษีป้อนเข้าสูง (FiT) เนื่องจากรายได้ที่เพิ่มขึ้นจากการเพิ่มผลผลิตสูงสุด มีแนวโน้มที่จะชดเชยค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาที่สูงขึ้น

เมื่อมีการเปิดตัวสู่ตลาดเป็นครั้งแรกระบบติดตามมักจะค่อนข้างใหญ่และไม่น่าเชื่อถือ เครื่องมือติดตามจำนวนมากที่ติดตั้งในยุโรปในช่วงที่ Feed-in Tariff (FiT) บูมประสบปัญหาด้านความน่าเชื่อถือที่สำคัญบางครั้งอาจเกิดความล้มเหลวซ้ำแล้วซ้ำเล่า ตามที่ M J Shaio นักวิเคราะห์อาวุโสของ GTM Research จนกระทั่งไม่กี่ปีที่ผ่านมาเป็นเรื่องทั่วไปที่นักพัฒนาเพียงรายเดียวที่ต้องการติดตั้งเครื่องมือติดตามคือผู้ที่เต็มใจที่จะยอมรับความเสี่ยงมากขึ้น

อย่างไรก็ตามล่าสุดเครื่องมือติดตามได้กลายเป็นนวัตกรรมใหม่ ๆ ตัวอย่างเช่นการใช้ GPS เพื่อปรับตำแหน่งตัวเองโดยอัตโนมัติ บริษัท ต่างๆเช่น NEXTracker รวมระบบควบคุมไว้ในตัวติดตามซึ่งตรวจสอบมุมของแผงโซลาร์เซลล์แต่ละแถวแบบเรียลไทม์และรายงานความแม่นยำในการติดตามเพื่อให้แผงหันเข้าหาดวงอาทิตย์โดยตรงตลอดเวลา ผลิตภัณฑ์ NX Horizon ของ บริษัท เป็นเครื่องติดตามที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเอง (SPT) ซึ่งมีมอเตอร์ในตัวทำให้สามารถใช้งานได้กับแผงแต่ละแถวซึ่งจะช่วยลดการเดินสายไฟและร่องลึกรวมทั้งประหยัดพลังงาน

น่าเสียดายที่ QBotix ระบบติดตามที่เป็นนวัตกรรมใหม่ไม่สามารถออกสู่ตลาดได้ QBotix ประกอบด้วยตัวติดตาม 200 ตัวพร้อมหุ่นยนต์โดยมีแนวคิดว่าหุ่นยนต์แต่ละตัวจะเดินทางไปยังตัวติดตามแต่ละตัวบนรางเดี่ยวที่มีจุดชาร์จสำหรับหุ่นยนต์ที่ติดตั้งอยู่ โมโนเรลยังเดินสายสำหรับทั้งระบบดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องขุดร่องลึก หุ่นยนต์จะปรับตัวติดตามทีละตัวทุก ๆ 40 นาทีตลอดทั้งวันและยังรวบรวมข้อมูลประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือซึ่งสามารถใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องมือติดตาม สิ่งนี้ฟังดูน่าประทับใจพอสมควรยกเว้นว่า บริษัท ล่มสลายในเดือนสิงหาคมปีที่แล้ว

อย่างไรก็ตามการพัฒนานวัตกรรมในการติดตามแสงอาทิตย์ทำให้น่าสนใจยิ่งขึ้นโดยเฉพาะในบริเวณที่มีการแผ่รังสีแสงอาทิตย์สูง ค่าบำรุงรักษาก็เริ่มลดลงเมื่อเทคโนโลยีดีขึ้น ขณะนี้มีโครงการอื่น ๆ ที่ใช้เครื่องมือติดตามและตลาดกำลังขยายตัว ในความเป็นจริงการคาดการณ์ในปัจจุบันชี้ไปที่ตลาดติดตามมูลค่า 6 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2020 ซึ่งค่อนข้างน่าประทับใจ


ดูวิดีโอ: (ตุลาคม 2021).