Przegląd sprzętu
W pełni automatyczny tracker słoneczny to inteligentny system, który w czasie rzeczywistym monitoruje azymut i wysokość słońca, sterując panelami fotowoltaicznymi, koncentratorami lub urządzeniami obserwacyjnymi, aby zawsze utrzymywać optymalny kąt padania promieni słonecznych. W porównaniu ze stałymi urządzeniami solarnymi, może on zwiększyć efektywność odbioru energii o 20–40% i ma istotne znaczenie w wytwarzaniu energii fotowoltaicznej, regulacji oświetlenia w rolnictwie, obserwacji astronomicznej i innych dziedzinach.
Skład technologii podstawowej
System percepcji
Układ czujników fotoelektrycznych: wykorzystuje czterokwadrantową fotodiodę lub przetwornik obrazu CCD do wykrywania różnic w rozkładzie natężenia światła słonecznego
Kompensacja algorytmu astronomicznego: Wbudowana baza danych pozycjonowania GPS i kalendarza astronomicznego umożliwia obliczanie i przewidywanie trajektorii słońca w deszczową pogodę
Wykrywanie fuzji wielu źródeł: łączenie czujników natężenia światła, temperatury i prędkości wiatru w celu uzyskania pozycjonowania zapobiegającego zakłóceniom (np. odróżniania światła słonecznego od zakłóceń świetlnych)
System sterowania
Dwuosiowa struktura napędowa:
Oś obrotu poziomego (azymut): Silnik krokowy steruje obrotem w zakresie 0–360°, dokładność ±0,1°
Oś regulacji nachylenia (kąt elewacji): liniowy popychacz umożliwia regulację w zakresie od -15° do 90°, dostosowując się do zmiany wysokości słońca w ciągu czterech pór roku
Algorytm sterowania adaptacyjnego: Użyj sterowania PID w pętli zamkniętej, aby dynamicznie regulować prędkość silnika i zmniejszyć zużycie energii
Struktura mechaniczna
Lekki wspornik kompozytowy: materiał z włókna węglowego osiąga stosunek wytrzymałości do masy wynoszący 10:1 i poziom odporności na wiatr wynoszący 10
Samoczyszczący system łożyskowy: stopień ochrony IP68, wbudowana warstwa smaru grafitowego i ciągła żywotność w warunkach pustynnych przekraczająca 5 lat
Typowe przypadki zastosowań
1. Elektrownia fotowoltaiczna o dużej mocy (CPV)
System śledzenia Array Technologies DuraTrack HZ v3 został wdrożony w parku solarnym w Dubaju w Zjednoczonych Emiratach Arabskich i wykorzystuje wielozłączowe ogniwa słoneczne III-V:
Dwuosiowe śledzenie pozwala na osiągnięcie wydajności konwersji energii świetlnej na poziomie 41% (w przypadku stałych uchwytów wydajność ta wynosi zaledwie 32%)
Wyposażony w tryb huraganu: gdy prędkość wiatru przekroczy 25 m/s, panel fotowoltaiczny automatycznie dostosuje się do kąta odpornego na wiatr, aby zmniejszyć ryzyko uszkodzenia konstrukcji
2. Inteligentna rolnicza szklarnia solarna
Uniwersytet w Wageningen w Holandii integruje system śledzenia słonecznika SolarEdge w szklarni pomidorów:
Kąt padania światła słonecznego jest dynamicznie regulowany poprzez układ reflektorów, co pozwala na poprawę równomierności światła o 65%.
W połączeniu z modelem wzrostu roślin automatycznie odchyla się o 15° w okresie silnego światła w południe, aby uniknąć poparzenia liści
3. Platforma obserwacji astronomicznych w kosmosie
Obserwatorium Yunnan Chińskiej Akademii Nauk korzysta z systemu śledzenia równikowego ASA DDM85:
W trybie śledzenia gwiazd rozdzielczość kątowa sięga 0,05 sekundy kątowej, co pozwala na długotrwałą ekspozycję obiektów głębokiego nieba
Dzięki zastosowaniu żyroskopów kwarcowych do kompensacji obrotu Ziemi 24-godzinny błąd śledzenia wynosi mniej niż 3 minuty kątowe
4. Inteligentny system oświetlenia ulicznego w mieście
W rejonie Shenzhen Qianhai w ramach pilotażu zainstalowano fotowoltaiczne lampy uliczne SolarTree:
Dwuosiowe śledzenie + monokrystaliczne ogniwa krzemowe pozwalają na osiągnięcie średniej dziennej produkcji energii na poziomie 4,2 kWh, co zapewnia 72 godziny pracy baterii w deszczowe i pochmurne dni
Automatycznie powraca do pozycji poziomej w nocy, aby zmniejszyć opór wiatru i służyć jako platforma montażowa mikrostacji bazowej 5G
5. Statek do odsalania słonecznego
Projekt „SolarSailor” na Malediwach:
Elastyczna folia fotowoltaiczna jest układana na pokładzie kadłuba, a kompensacja falowania jest realizowana za pomocą układu napędu hydraulicznego
W porównaniu z systemami stałymi, dzienna produkcja świeżej wody wzrasta o 28%, zaspokajając codzienne potrzeby społeczności liczącej 200 osób
Trendy rozwoju technologii
Pozycjonowanie z wykorzystaniem wielu czujników: połączenie wizualnego SLAM i lidaru w celu uzyskania dokładności śledzenia na poziomie centymetrów w złożonym terenie
Optymalizacja strategii napędzanej przez sztuczną inteligencję: Wykorzystaj głębokie uczenie, aby przewidzieć trajektorię ruchu chmur i zaplanować z wyprzedzeniem optymalną ścieżkę śledzenia (eksperymenty MIT pokazują, że może to zwiększyć dzienną produkcję energii o 8%)
Projekt struktury bionicznej: naśladowanie mechanizmu wzrostu słoneczników i opracowanie samosterującego urządzenia z elastomeru ciekłokrystalicznego bez napędu silnikowego (prototyp niemieckiego laboratorium KIT osiągnął sterowanie w zakresie ±30°)
Kosmiczna sieć fotowoltaiczna: System SSPS opracowany przez japońską JAXA umożliwia transmisję energii mikrofalowej za pomocą anteny z fazowanym układem, a błąd śledzenia orbity synchronicznej wynosi <0,001°
Sugestie dotyczące wyboru i wdrożenia
Elektrownia fotowoltaiczna na pustyni, odporna na piasek i kurz, praca w temperaturze 50°C, silnik z zamkniętą redukcją harmonicznych + moduł rozpraszania ciepła chłodzony powietrzem
Stacja badawcza Polar, rozruch w niskiej temperaturze -60°C, obciążenie przeciwoblodzeniowe i przeciwśnieżne, podgrzewane łożyska + wspornik ze stopu tytanu
Domowa instalacja fotowoltaiczna, cicha konstrukcja (<40 dB), lekka instalacja na dachu, system śledzenia jednoosiowego + bezszczotkowy silnik prądu stałego
Wniosek
Dzięki przełomom technologicznym, takim jak perowskitowe materiały fotowoltaiczne i platformy obsługi i konserwacji cyfrowych bliźniaków, w pełni automatyczne trackery słoneczne ewoluują od „pasywnego śledzenia” do „predykcyjnej współpracy”. W przyszłości będą one miały większy potencjał zastosowania w kosmicznych elektrowniach słonecznych, sztucznych źródłach światła do fotosyntezy oraz pojazdach do eksploracji kosmosu.
Czas publikacji: 11-02-2025