Os rastreadores solares são estruturas especializadas cuja tarefa é alterar periodicamente a orientação dos painéis ou espelhos fotovoltaicos em relação ao sol. O ângulo de inclinação das superfícies de trabalho é ajustado manualmente ou automaticamente, o que permite obter o maior desempenho possível de sistemas solares de qualquer tipo.
Informação geral
O papel de um coletor de radiação fixado no rastreador pode ser:
- módulo helio que combina uma bateria de células semicondutoras;
- um espelho parabólico que focaliza os raios em um receptor na forma de um tanque de aquecimento ou um motor Stirling;
- dispositivos ópticos especiais – na maioria das vezes lentes;
- outros sistemas PV, CPV, HCPV e CSP.
A tarefa do rastreador para painéis solares é garantir que o ângulo de incidência dos raios seja o mais próximo possível da perpendicular de 90 ° a qualquer momento.
O rastreador padrão para painéis solares inclui os seguintes itens:
- Estrutura básica. Consiste em um suporte fixo e um dispositivo giratório que permite a rotação em um ou dois planos.
- Sistema de posicionamento mecânico. Controla a parte móvel usando mecanismos chamados atuadores.
- Sistema de segurança integrado. Fornece vários tipos de proteção – contra descargas atmosféricas, surtos de energia na rede, sobrecargas mecânicas. Os modelos mais caros têm sua própria mini estação meteorológica. Com a ameaça de tempestades, furacões e outros fenômenos climáticos perigosos, o sistema altera temporariamente o ângulo de inclinação das superfícies de trabalho para a posição máxima de segurança.
- Sistemas de controle. Projetado para gerenciamento conveniente de rastreadores, incluindo acesso remoto e sua manutenção.
- Sistema de navegação. Incluído apenas com unidades de roaming com base móvel. Permite inserir dados sobre a localização geográfica no circuito de controle – longitude, latitude, altitude acima do nível do mar.
Nota: o nível de complexidade do preenchimento dos rastreadores depende das tarefas definidas para o sistema e da viabilidade econômica.
Rastreador solar para um painel solar – requisitos de design
Para todos os tipos de rastreadores, há um requisito obrigatório – alta resistência e estabilidade. O principal perigo para estruturas desse tipo são os ventos fortes, que podem derrubar as baterias junto com os mastros de sustentação.
As características dos módulos grandes são o peso significativo e a grande área de trabalho e, portanto, o vento. É por isso que os sistemas mais avançados com estações meteorológicas a bordo implantam painéis solares durante as tempestades de forma que os módulos estejam localizados na direção do vento.
Tipos de rastreadores solares
Uma ampla gama de modelos existentes se deve a diferentes requisitos para a funcionalidade do sistema em determinadas condições. Estas são a latitude e longitude geográficas, bem como as características climáticas do local de instalação. Isso afeta a escolha e a relação custo-benefício do uso de rastreadores. Para pequenas estações de baixa potência, a compra de unidades rotativas caras não é aconselhável.
Seguidores solares com um eixo de rotação (eixo único)
A rotação das superfícies de trabalho em tais sistemas é realizada apenas em torno de um eixo. O controle é realizado por software especial de acordo com o algoritmo SPA (Solar Position Algorithm).
Dependendo da escolha da direção da coordenada prioritária, os rastreadores com rotação em torno desses eixos são distinguidos:
- verticais – VSAT;
- horizontais – HSAT;
- oblíquo – TSAT;
- com orientação para o lado do mundo (polar) – PASAT.
1. Rastreador de eixo único vertical (VSAT) – vertical.
Este grupo de rastreadores é usado principalmente em altas latitudes e faz com que os painéis solares girem de leste para oeste. Este sentido de rotação requer a manutenção de tal distância entre os elementos nos suportes para evitar o sombreamento parcial dos painéis vizinhos durante a rotação.
2. Rastreador de eixo único horizontal (HSAT) – horizontal.
Os rastreadores solares horizontais são típicos para baixas latitudes. A rotação é orientada ao longo da linha Norte-Sul, o que requer uma colocação estritamente paralela dos tubos de montagem em cada painel em relação uns aos outros.
3. Trilho de eixo único inclinado (TSAT) – inclinado.
Esta variedade gira as superfícies de trabalho diagonalmente em torno dos eixos vertical e horizontal. As características do movimento também exigem evitar que a sombra de alguns módulos caia sobre outros.
4. Rastreadores de eixo único alinhados polares (PASAT) – polar.
O ponto de referência para o sistema rastreador é a estrela polar. Para estruturas uniaxiais, esta é considerada a clássica e mais comum. O ângulo de inclinação das baterias é sempre igual à latitude geográfica.
Seguidores solares com dois eixos de rotação – Seguidores de eixo duplo (DAT)
Dois níveis de regulação permitem que esses sistemas mantenham constantemente a posição ideal dos painéis solares em relação ao sol. Isso maximiza sua produtividade e, em grandes fazendas solares, justifica o desembolso financeiro para a compra.
1. Modificação do rastreador de eixo duplo (TTDAT) de inclinação e inclinação.
A base do sistema rotativo é um suporte longo com rolamento de esferas. O eixo vertical é secundário para tal projeto, o movimento principal é no plano horizontal. Para estruturas biaxiais, a distância entre os elementos deve ser ainda maior do que para opções de eixo único.
2. Modificação do rastreador de eixo duplo azimute-altitude (AADAT) .
Ao contrário do tipo anterior de estruturas, o AADAT não usa um grande rolamento no suporte, mas um anel com uma plataforma.
A vantagem desta solução é a maior estabilidade e a possibilidade de colocar um módulo com um número suficientemente grande de painéis numa plataforma. A desvantagem do design é a necessidade de levar em consideração as dimensões do anel, o que requer uma área maior do local.
Mecanismos de orientação de painéis solares
Os elementos móveis dos rastreadores podem ser controlados manualmente ou automaticamente. A segunda opção pressupõe a presença no sistema de um ou dois atuadores alimentados por um motor elétrico.
Suporte para a direção desejada para o sol (pode ser emitido programaticamente na forma da Fig . 1 algoritmo de posição solar – SPA), esses dispositivos são realizados da seguinte forma.
Método número 1. Utilização de sensores com fotocélulas sensíveis.
Com orientação ideal, o fluxo de radiação para os sensores é o mesmo. À medida que o sol se move, certas fotocélulas começam a receber menos luz, à qual o sistema de controle reage imediatamente e envia um sinal aos atuadores para fazer uma correção.
A vantagem de tal sistema está na automação total e no cálculo dos ângulos de azimute e zênite em tempo real. A desvantagem é a perda total de desempenho na ausência de iluminação suficiente, durante chuva forte, neve ou contaminação da superfície do sensor.
Método número 2. Controle manual de atuadores.
Assim como os ajustes de ângulo do painel do tipo faça você mesmo, os atuadores operados por balancim permitem mudanças manuais de orientação, mas muito mais rápido. Normalmente, a correção manual é realizada com pouca frequência, 2 a 4 vezes por ano, o que é suficiente para SES de orçamento relativamente baixo.
Também é possível controlar rastreadores de forma semi-automática, para os quais é usado um temporizador programado em um controlador lógico, em vez de um software complexo em um computador seguro.
Regras para escolher rastreadores para painéis solares
Um determinado tipo de sistema de rastreador é selecionado com base em fatores como as condições climáticas da área, o tamanho dos módulos, a área do local, etc.
A melhor escolha é:
- HSAT com eixo horizontal – para sistemas em baixas latitudes. Eles são relativamente baratos, mais fáceis de operar e oferecem desempenho máximo na segunda metade do dia, quando o consumo é maior.
- Um eixo vertical VSAT está em altas latitudes, onde é mais importante seguir o sol baixo de leste a oeste.
- biaxial TTDAT e AADAT – em usinas de energia solar de alto desempenho em grande escala, onde mesmo um leve aumento na eficiência de um painel devido à direção ideal do sol dá um aumento sério na geração geral do sistema.