Активно следящи системи за фотоволтаици

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 4, 2011

Системите с вграден механизъм за проследяване траекторията на Слънцето, познати още като тракери или позиционери, имат за цел да максимизират производството на електроенергия чрез завъртане на фотоволтаичните панели в оптимална позиция. Насочването на модулите се реализира на базата на измерени стойности на слънчевата радиация или чрез контролер, конфигуриран за конкретното географско местоположение на всеки тракер. Според производителите на системите, използването на позициониращи конструкции увеличава ефективността на панелите с около 25% за едноосно следящите и с около 30-35% за двуосно следящите системи. Поддръжниците на статичните носещи конструкции за фотоволтаици отчитат това тяхно преимущество, но смятат че тракерите изискват допълнителен разход за оборудване и за поддръжка на подвижните части на системите, който вероятно ще усвои очакваните по-високи печалби.

Конструктивни специфики

Съществуват различни модификации на конструкцията на тракерите, но като цяло те се изработват от стабилна основа, комплектована с подвижни стоманени и алуминиеви профили, въртяща се платформа и съответните задвижващи и управляващи модули. Върху тракера могат да се монтират два, три или повече фотоволтаични панела. Предлагат се едноосни и двуосни тракери, които осигуряват вертикално или едновременно хоризонтално и вертикално насочване на модулната повърхност. Типът, големината и посоките на движение на позиционерите се определят в зависимост от спецификите на приложението. От гледната точка на мащаба, големите платформи са икономически по-изгодни, но при разполагането им в соларен парк има вероятност от взаимно засенчване. Според експерти, използването на по-малки платформи е по-добрият избор от техническа и от икономическа гледна точка, защото може да се проектират и разположат на терена, така че да не се засенчват. Това е особено важно при оптимизиране на разстоянията между въртящите се платформи във фотоволтаични паркове, тъй като в тях площта на терена е ограничена и дължината на кабелите не бива да бъде твърде голяма, с оглед намаляване на електрическите загуби и допълнителното оскъпяване на проекта. Поради тази причина, за средните географски ширини специалистите препоръчват по-голям брой, но по-малки платформи в рамките на 10 - 20 квадратни метра, които се въртят автоматично по азимута (от изток през юг на запад) и периодично променят наклона си спрямо терена.

При проектирането и изработването на конструкциите за фотоволтаични паркове е необходимо да се обърне специално внимание на надеждността, устойчивостта и експлоатационната дълготрайност на системите, като се отчетат и въздействията, възникващи по време на тяхната експлоатация. Някои от изискванията, на които трябва да отговарят, са формулирани в Наредба №3 от 21 юли 2004 г. за основните положения за проектиране на конструкции на строежите и за въздействията върху тях, но като цяло експертите с по-дългогодишен опит в областта препоръчват конструкциите да се проектират така, че да имат товароносимост 250 - 300 кг/кв.м (около 1 м плътен сняг) и устойчивост на измъкване или страничен натиск 120 кг/кв.м (вятър със скорост 160 км/ч).

Системи за управление на фотоволтаиците

Съществуват няколко типа системи за управление на тракерите. Най-елементарните от тях са пасивните системи, които следят слънцето без електронен контрол или мотори. Работят на принципа на топлинното разширение на течности при нагряване. В двата края на позиционера има тръби с незамръзващ флуид и подходящо поставени сенници. Когато позиционерът е в неподходяща позиция, едната тръба се загрява повече от другата и течността в нея се разширява. По тръбички тази течност отива в двигателния механизъм, който по принцип представлява бутилка с бутало, от двете страни на което се подава налягането на двете крайни тръби. Сред недостатъците на този тип системи специалистите посочват, че позиционирането сработва грубо, неточно и с голямо закъснение, особено през зимния период, когато ниските температури оказват влияние върху флуида и хидравличните компоненти. Поради липсата на обратна връзка с този тип тракери, в близост до тях се разполагат автоматични измервателни станции за наблюдение на метеорологичната обстановка. В тях, наред с измерването на слънчевата радиация, температура и влажност на въздуха, непрекъснато се измерват и скоростта и посоката на вятъра. Получената информация се изпраща до оперативен център, който следи тенденциите и предприема необходимите действия за предотвратяване на евентуални поражения върху съоръженията.

Позиционерите с най-елементарна електронна форма на управление функционират на базата на две фотоклетки и компаратор, сравняващ тока им на късо съединение, които придвижват панела, съобразно най-ярката точка в небето. Техен недостатък е, че при облачно време тракерът се мести хаотично (на пазара се предлагат и усъвършенствани версии с трета клетка, при които този недостатък е отстранен). Освен това, вечер позиционерът остава наклонен на запад и сутрин изгряващото слънце осветява задната част на датчика, която е нечувствителна. За да може датчикът да сработи и да реагира с вярната посока на движение, Слънцето трябва да се издигне на 15-20 градуса в небето.

Програмирани системи за управление

На пазара се предлагат и тракери с предварително програмирани системи за следене на траекторията на слънцето за дълъг период от време. Този тип модели се нуждаят от начално задаване на GPS координатите при инсталиране на системата; точен часовник за реално време с възможност за досверяване в бъдеще; както и от непрекъсваемо захранване, за да може часовникът да работи точно. За да функционира нормално, системата се нуждае и от информация за реалната позиция на панелите, което изисква наличието на втори кабел от електродвигателя към електрониката, по който се подават импулси от рид ампула. Модификация на този вид са системите с хибридни датчици, които притежават както фотоклетки за следене на слънцето, така и микрокомпютър с вградена интелигентност. Допълнителната логика се въвежда по програмен път и посредством нея се сравняват показанията на фотоклетките с текущо изчислената позиция на слънцето. Датчиците на този тип позиционери не се нуждаят от интерфейс и начално програмиране на GPS координатите, тъй като се самообучават (от фотоклетките) и след известен период от време започват да работят самостоятелно при всякакви метеорологични условия.

При някои от по-съвременните видове тракери е заложена електроника, която не се нуждае от датчик. При тях директно се следи напрежението и тока на панелите и чрез последователни опити се търси положението на панела, при което той добива максимална ефективност на преобразуването. Естествено, микрокомпютърът е снабден с часовник и възможност за изчисляване на позицията на слънцето. Посредством опитите за позициониране се калибрира вътрешната логика (изяснява си позицията на слънцето) и веднага след това се изчисляват GPS координатите. Този тип тракери не се объркват при лошо време, не се нуждаят от: начално програмиране, денонощно захранване, датчици с фотоклетки или от обратна връзка с позицията на панелите.

Като цяло електрическите следящи системи осигуряват най-голяма точност при позиционирането на фотоволтаиците. Те дават възможност разположението на модулите да се програмира, дори и в случаите, когато няма пряко лъчение. Сред останалите им предимства са обогатената функционалност, като например бърза реакция при неблагоприятни метеорологични условия и завъртане на фотоволтаичния панел в най-безопасна позиция спрямо вятъра; усвояване на енергията от последните лъчи на слънцето за връщане на позиционера в изходна позиция и др. Сред иновациите в електрониката на панелите е и внедрената логика против засенчване. В големи фотоволтаични паркове понякога се получава осветяване само на първия (или последния) панел сутрин рано и вечер късно, а всички останали са засенчени. При такава ситуация се генерира много по-малко енергия, отколкото ако всички позиционери са в хоризонтални позиции. Чрез управление с централен компютър може да се извърши оптимизация на цялата група, така че ефектите от засенчване да са минимални.

Най-съвременните видове системи за проследяване траекторията на слънцето са снабдени със система за автоматично управление, която използва двупосочен GSM или Интернет канал. Системата е особено полезна в аварийни и критични ситуации, тъй като може бързо и ефективно да отработи внезапно възникнали неблагоприятни климатични явления и да предотврати въздействието им върху механичната и електрическа цялост на системата. Също така, интелигентите системи дават възможност за дистанционно събиране на данни за последващ анализ и за формиране на управляващи въздействия върху съоръженията на базата на променливи критерии, задавани дистанционно или записани в енергонезависимата памет на устройството за управление.


Top