Systemy śledzące słońce – solar tracking system

Około ¾ uzysku energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej przypada na wiosnę i lato. Produkcja zimowa to kilka – kilkanaście procent. Zwłaszcza w tym okresie zastosowanie systemów nadążnych wydaje się szczególnie uzasadnione. Szacuje się, że zastosowanie trackerów zwiększa uzysk energii w instalacji średnio o 30% ale nawet o 45%. 

Z uwagi na duże koszty tego rozwiązania, rzadko znajdziemy solar tracking system przy gospodarstwie domowym, ale już w przypadku farm fotowoltaicznych to rozwiązanie stosowane jest dość często. Wykorzystanie systemów nadążnych na farmach PV pozwala zmaksymalizować ilość energii pozyskiwanej z danego obszaru. 

Co to jest solar tracker (solar panel tracking system) 

Trackery to ruchome elementy systemu fotowoltaicznego, dzięki którym cała instalacja ustawia się w optymalnej pozycji w stosunku do słońca. Zaletą tych systemów jest to, że nawet przy dużym zachmurzeniu są w stanie znaleźć optymalne położenie, dzięki czemu straty wynikające z kąta padania promieni słonecznych innego niż prostopadły są maksymalnie redukowane. Trackery solarne wykorzystują do tego specjalne siłowniki oraz sterownik korzystający z aktualnych danych GPS. 

Systemy nadążne mogą mieć napęd elektryczny albo np. nowoczesne stopy z pamięcią kształtu, czy mechanizmy wykorzystujące zjawiska termiczne. Są to systemy autonomiczne, posiadające niezależne źródło zasilania pochodzące z zewnętrznej sieci energetycznej lub z dodatkowego panelu fotowoltaicznego. W zależności od zastosowanych rozwiązań, trackery solarne, mogą pochłonąć do ok. 10% rocznego uzysku z instalacji. 

System sterowania trackera może mieć charakter otwarty (moduły są ustawiane na podstawie obliczonej pozycji słońca dla danej szerokości geograficznej), zamknięty (pobierane są informacje o oświetleniu) albo hybrydowy (połączenie otwartego i zamkniętego). Z kolei układy sterujące mogą mieć charakter analogowy – sterowanie wykorzystujące analogowe podzespoły pneumatyczne, hydrauliczne bądź mechaniczne – albo cyfrowy – wykorzystywane są układy mikroprocesorowe wyposażone w analogowe układy we/wy. Wykorzystywane są również sterowniki PLC. 

Rodzaje systemów nadążnych

W ruchomych systemach fotowoltaicznych stosuje się trackery umożliwiające ruch w jednej płaszczyźnie – pionowej lub poziomej (tzw. single axis), czyli trackery jednoosiowe oraz trackery podwójne, dwuosiowe – umożliwiające ruch paneli zarówno w pionie jak i poziomie (tzw. double axis). Jednoosiowe systemy nadążne, przemieszczające ogniwa ze wschodu na zachód, są mniej wydajne od systemów dwuosiowych, które operują panelami w kierunkach północ-południe oraz wschód-zachód.

Tracker jednoosiowy

Tracker jednoosiowy (single axis) sprawia, że panele fotowoltaiczne nachylane są automatycznie lub ręcznie względem osi pionowej. Uzyski z tego typu rozwiązania są nawet o ok. 20-30% większe niż w dla fotowoltaiki stacjonarnej.

Tracker dwuosiowy

Tracker dwuosiowy (double axis) pozwala na poruszanie paneli fotowoltaicznych w dwóch osiach, poziomej i pionowej, co w znacznym stopniu ułatwia ustawienie ich powierzchni prostopadle do osi padania promieni słonecznych. Większy zakres ruchu sprawia, że produkcja energii może się zwiększyć o nawet o 40%, w stosunku do fotowoltaiki stacjonarnej. 

Zalety nadążnych systemów fotowoltaicznych

  • Zwiększenie efektywności systemu fotowoltaicznego: w przypadku trackerów jednoosiowych o 20-30% a w przypadku dwuosiowych nawet o 40%. Oczywiście są do dane uśrednione, kluczowe w uzyskaniu konkretnego wyniku są zawsze: pora roku, lokalny klimat i szerokość geograficzna, które wpływają na poziom nasłonecznienia.
  • Łatwiejsze utrzymanie paneli fotowoltaicznych w czystości: ruch paneli zmniejsza prawdopodobieństwo osadzania się na nich kurzu i innych zanieczyszczeń.
  • Wygodny dostęp do paneli: kiedy zajdzie konieczność przeprowadzenia naprawy czy konserwacji, instalację fotowoltaiczną z trackerem łatwo można ustawić w dogodnym położeniu. To duże ułatwienie, szczególnie w przypadku awarii paneli wewnątrz instalacji.

Wady nadążnych systemów fotowoltaicznych

  • Cena: decydując się na montaż nadążnego systemu fotowoltaicznego, możemy spodziewać się kilkunasto- albo nawet kilkudziesięcioprocentowego wzrostu kosztów całej inwestycji w fotowoltaikę. Ceny oczywiście różnią się w zależności od producenta, wielkości trackera (im większy i bardziej rozbudowany tracker, czyli taki, który będzie w stanie unieść więcej paneli jednocześnie, tym droższy) oraz zastosowanych technologii.
  • Ograniczenia związane z zacienieniem: systemy nadążne zmieniające w ciągu dnia swoje ułożenie stwarzają większe pole zacienienia – sprawiają, że poszczególne elementy instalacji muszą być ustawione dalej od siebie, tak aby nie rzucały na siebie cienia. Na jednym hektarze będziemy mogli więc zamontować średnio około 40% mniej paneli słonecznych w porównaniu do systemów statycznych.
  • Ryzyko awaryjności: solar tracker – ze względu na swój charakter pracy – wyposażony jest w ruchome elementy, które mogą ulec uszkodzeniu lub awarii, co może wiązać się z dodatkowymi kosztami.

Autor