با افزایش آگاهی عمومی در مورد مزایای انرژی های تجدیدپذیر، بسیاری از کشورها به سمت سرمایهگذاری در نیروگاه خورشیدی حرکت کردهاند. در این راستا، تحقیقات گستردهای برای بهینه سازی سیستم های انرژی خورشیدی برای دریافت برق بیشتر از آنها در حال انجام است. یکی از فناوریهای کلیدی که میتواند کارایی این نیروگاهها را به طرز چشمگیری افزایش دهد، ردیاب خورشیدی یا سیستم Solar Tracker است. اگر میخواهید با عملکرد سیستم های ردیاب خورشیدی و مزایا و معایب استفاده از آنها در نیروگاه آشنا شوید، در این مقاله با ما همراه باشید.
ردیاب خورشیدی چیست؟
ردیاب خورشیدی یا Tracker سیستمی است که به طور خودکار پنل های فتوولتائیک نصب شده در نیروگاه خورشیدی را به سمت نور هدایت میکند تا حداکثر تابش را دریافت کرده و در نتیجه تولید انرژی بهینه شود. این تکنولوژی از حرکت گلهای آفتابگردان الهام گرفته شده است. استفاده از ردیاب یا دنبال کننده خورشید به ویژه در مناطقی که دارای شدت تابش بالا هستند، میتواند تأثیر قابل توجهی بر میزان انرژی تولیدی نیروگاه خورشیدی داشته باشد.
ردیاب های خورشیدی به گونهای طراحی شدهاند که با تغییر موقعیت خورشید در طول روز و تغییر زاویه آن در طول سال، جهت و زاویه پنل خورشیدی را به بهترین شکل ممکن تنظیم میکنند. این امر به معنای افزایش تولید انرژی و بهرهوری بالاتر در مقایسه با پنل های ثابت است. همچنین، سولار ترکرها میتوانند به کاهش فضای مورد نیاز برای نصب پنلها برای تولید مقدار مشخصی از انرژی کمک کنند، زیرا با افزایش تولید انرژی توسط یک پنل به دلیل وجود tracker، نیاز به نصب پنل های بیشتر در زمینهای وسیعتر کاهش مییابد.
در مجموع، ردیاب خورشیدی نه تنها به افزایش تولید انرژی کمک میکند، بلکه در تحقق اهداف توسعه پایدار و کاهش اثرات منفی تغییرات اقلیمی نیز موثر است. با توجه به چالشهای جهانی مانند کمبود منابع انرژی، آلودگی محیط زیست و تغییرات اقلیمی، سرمایهگذاری در فناوریهای نوین مانند ردیاب های خورشیدی میتواند راهحلی مؤثر برای تأمین نیازهای انرژی آینده باشد. به این ترتیب، استفاده از ردیاب در نیروگاه خورشیدی به عنوان یک گام مهم در راستای توسعه پایدار و حفظ محیط زیست به شمار میرود.
انواع Tracker یا ردیاب خورشیدی
همانطور که گفتیم ردیاب های خورشیدی، فناوری نوآورانهای هستند که به منظور بهینه سازی جذب انرژی خورشیدی طراحی شدهاند. این دستگاهها با حرکت به سمت خورشید، حداکثر تابش نور را در طول روز جذب میکنند و در نتیجه کارایی نیروگاه خورشیدی را به طرز چشمگیری افزایش میدهند. انواع مختلفی از ردیاب خورشیدی وجود دارد که هر کدام با ویژگیها و عملکرد خاص خود، در کاربردهای متفاوتی مورد استفاده قرار میگیرند. از ردیابهای تکمحور که در یک جهت حرکت میکنند تا ردیابهای دو محور که قادرند در دو جهت عمودی و افقی جابجا شوند، به مهندسان و محققان کمک میکنند تا به اهداف بهینه سازی سیستم های انرژی نزدیکتر شوند. در این بخش، به بررسی انواع ردیاب خورشیدی و مزایای آنها خواهیم پرداخت.
یک دسته بندی انواع ردیاب خورشیدی، براساس زوایای حرکت آن است که شامل ردیابهای تک محوره و دومحوره میشود:
۱. ردیاب خورشیدی تک محور (Single-Axis Trackers)
این نوع ردیاب در امتداد یک محور افقی حرکت میکند و میتواند پنلها را از زمان طلوع آفتاب تا غروب، در جهت شرق به غرب بچرخاند. در این سیستم زاویه شیب پنلها نسبت به زمین ثابت بوده و تغییر نمیکند. این نوع ردیاب به افزایش تولید انرژی در حدود ۱۵% تا ۲۵% نسبت به پنل های ثابت کمک میکند.
۲. ردیاب خورشیدی دو محور (Dual-Axis Trackers)
ردیاب خورشیدی دو محوره (Dual-Axis Tracker) کامل ترین نوع ردیاب است. این نوع Solar Tracker قادر به حرکت در دو محور عمودی و افقی است و خورشید را در دو مسیر کاملاً مجزا دنبال میکند:
- حرکت روزانه (شرق به غرب): این ردیابها با چرخش حول محور عمودی، خورشید را از لحظه طلوع در شرق تا لحظه غروب در غرب دنبال میکنند تا پنلها همیشه رو به خورشید باشند.
- حرکت فصلی (شمال به جنوب): با توجه به اینکه زاویه تابش خورشید در طول سال تغییر میکند (در زمستان خورشید در ارتفاع پایینتری از افق قرار دارد و در تابستان بالاتر میآید)، این ردیابها زاویه شیب پنل را هم تغییر میدهند تا در هر فصل، دقیقاً عمود بر تابش خورشید قرار بگیرند.
این سیستمها باعث میشوند پنلها در تمام ساعات روز و تمام روزهای سال، با زاویه ۹۰ درجه (بهینهترین حالت) نور خورشید را دریافت کنند. این موضوع میتواند تولید انرژی را نسبت به سیستمهای ثابت، بین ۳۰ تا ۴۵ درصد افزایش دهد. قیمت ردیاب خورشیدی دومحوره به دلیل پیچیدهتر بودن سیستم سختافزاری و نرمافزاری، بالاتر از نوع تک محور است.
علاوه بر این، انواع ردیاب خورشیدی براساس نوع سیستم کنترلیشان به دو گروه اتوماتیک و تمام اتوماتیک دستهبندی میشوند:
۱. ردیاب خورشیدی اتوماتیک
در این نوع ردیاب خورشیدی لازم است اپراتور فقط یکبار در ابتدای روز و در زمان طلوع آفتاب، آن را روشن کند. پس از فعالسازی، ردیاب به صورت اتوماتیک خورشید را از شرق به غرب تا زمان غروب دنبال کرده و در زمان غروب آفتاب به نقطه اول خود بازگشته و به صورت اتوماتیک خاموش میشود.
۲. ردیاب خورشیدی تمام اتوماتیک
ردیاب خورشیدی تمام اتوماتیک برای روشن و یا خاموش شدن به هیچ اپراتوری نیاز ندارد. به عبارتی با طلوع آفتاب به صورت خودکار روشن شده و خورشید را از شرق به غرب دنبال کرده و زمان غروب آفتاب به نقطه اول خود بازمیگردد و خودبهخود خاموش میشود.
اصول طراحی و ساخت ردیاب خورشیدی
طراحی ردیاب خورشیدی یکی از جنبههای کلیدی در بهینه سازی نیروگاه خورشیدی است. ردیابها به گونهای طراحی میشوند که بتوانند به طور موثر تابش نور خورشید را دنبال و در نتیجه حداکثر انرژی را جذب کنند. اصول طراحی Solar Tracker شامل چندین عامل مهم است.
اولین اصل، انتخاب مکانیزم حرکتی مناسب است. همانطور که اشاره شد ردیاب های خورشیدی معمولاً به دو دسته تک محور و دو محور تقسیم میشوند.
دومین اصل، استفاده از حسگرهای نوری یا دمایی است. این حسگرها به ردیاب خورشیدی این امکان را میدهند که تغییرات شدت نور را شناسایی کرده و به طور خودکار به سمت منبع نور حرکت کند. با استفاده از تکنولوژیهای پیشرفته، این حسگرها میتوانند با سرعت و دقت بالا به تغییرات محیطی پاسخ دهند.
سومین اصل، طراحی ساختار مقاوم و پایدار است. ردیابها باید بتوانند در برابر شرایط جوی مختلف، از جمله باد و باران، مقاوم باشند. انتخاب مواد مناسب و طراحی و ساخت ردیاب خورشیدی به گونهای که وزن کم و استحکام بالایی داشته باشد، از اهمیت ویژهای برخوردار است. علاوه بر این، بهینهسازی مصرف انرژی و هزینه های نگهداری سیستم ردیاب خورشیدی نیز از اصول طراحی آن است. با استفاده از فناوریهای هوشمند و سیستمهای کنترل پیشرفته، میتوان هزینههای عملیاتی را کاهش و بهرهوری کلی سیستم را افزایش داد.
۱. طراحی ردیاب خورشیدی با مقاومت حرارتی
در این مدل از ردیاب خورشیدی برای تشخیص تغییر زاویه تابش خورشید از ترمیستور به عنوان سنسور دما استفاده میشود. ترمیستور در واقع یک مقاومت الکتریکی است که اندازه مقاومت آن با دما تغییر میکند. در واقع با قرار دادن این مقاومت حرارتی در نقاط مختلف پنل میتوان دمای آنها را در لحظه اندازه گرفت. با توجه به اختلاف دمای نقاط مختلف، تغییر زاویه تابش خورشید تشیخص داده شده و tracker خورشیدی به حرکت درمیآید. هر چقدر ابعاد ترمیستورهای به کار رفته در این سیستم بیشتر باشد، خطای تشخیص کمتر خواهد بود.
۲. طراحی ردیاب خورشیدی با مقاومت نوری
در طراحی ردیاب خورشیدی نوری، از فتورزیستور یا سلول نوری (فتوسل) به عنوان سنسور نور استفاده میشود. فتورزیستور یا مقاومت نوری ابزاری الکترونیکی است که مقدار مقاومت آن به شدت نور تابیده شده وابسته است. بنابراین با تغییر تابش خورشید و درنتیجه تغییر اندازه مقاومت فتورزیستورهای نصب شده در نقاط مختلف، تغییر زاویه تابش خورشید تشخیص داده شده و ردیاب به حرکت در میآید. در این مدل نیز خطای سیستم تشخیص زاویه تابش به ابعاد فتوسل وابسته بوده و هرچه ابعاد آن بزرگتر باشد خطا کمتر خواهد بود.
مزایای استفاده از ردیاب خورشیدی در نیروگاه
– افزایش تولید انرژی: با بهینهسازی زاویه پنل نسبت به تابش نور خورشید، ردیابها میتوانند میزان تولید انرژی را به طور قابل توجهی افزایش دهند. این موضوع به ویژه در استفاده از ردیاب خورشیدی دو محور به دلیل دنبال کردن خورشید براساس تغییر تابش در ساعات شبانه روز و روزهای مختلف سال، بیشتر محسوس خواهد بود.
معایب استفاده از ردیاب خورشیدی در نیروگاه
با وجود مزیت افزایش انرژی خروجی نیروگاه ها، استفاده از ردیاب های خورشیدی چالشهایی نیز دارد. از جمله:
– هزینه اولیه بالا: نصب و راهاندازی سیستم های ردیاب هزینه بیشتری نسبت به سیستمهای ثابت دارد.
– نیاز به نگهداری بیشتر: سیستم های متحرک، به دلیل اصطکاک بین اجزا و همچنین وجود موتور، نیاز به نگهداری و تعمیرات بیشتری دارند که میتواند هزینههای عملیاتی را افزایش دهد.
چرا ردیاب خورشیدی تک محوره در پروژه های بزرگ محبوبتر است؟
با اینکه ردیاب دومحوره انرژی بیشتری تولید میکند، اما در نیروگاه های مقیاس بزرگ، به دلایل زیر اغلب از ترکر تک محوره استفاده میشود:
- هزینه کمتر: ساختار سادهتری دارد و ارزانتر است.
- خرابی کمتر: قطعات متحرک کمتری دارد و نگهداری آن (Maintenance) بسیار راحتتر است.
- تولید قابل قبول: نسبت به پنل های ثابت، حدود ۱۵ تا ۲۵ درصد تولید انرژی را افزایش میدهد که برای بسیاری از سرمایهگذاران عدد ایدهآلی است.
نتیجهگیری
استفاده از سیستم Tracker در نیروگاه خورشیدی میتواند به طور قابل توجهی کارایی و تولید انرژی را افزایش دهد. با وجود چالشها، این فناوری میتواند به عنوان یک راهکار مؤثر برای بهبود بهره وری تولید انرژی توسط پنل خورشیدی در آینده مطرح شود. اگرچه تصمیم به خرید ترکر خورشیدی و استفاده از این نوع سیستم در نیروگاه، به دلیل هزینه های اولیه و همچنین تعمیرات و نگهداری بالا، نیازمند بررسی دقیق بازگشت سرمایه و مقایسه آن با سیستم های ثابت است.
