ردیاب خورشیدی چیست؟ مزایا و معایب آن در سیستم های انرژی

نیروگاه های خورشیدی به عنوان یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر، به طور فزاینده‌ای در تأمین انرژی جهان نقش ایفا می‌کنند. با توجه به بحران‌های انرژی و تغییرات اقلیمی، استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک گزینه پایدار و قابل اعتماد اهمیت ویژه‌ای یافته است. این نوع انرژی نه تنها به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی کمک می‌کند، بلکه در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهبود کیفیت هوا نیز موثر است. با افزایش آگاهی عمومی در مورد مزایای انرژی‌های تجدیدپذیر، بسیاری از کشورها به سمت سرمایه‌گذاری در نیروگاه خورشیدی حرکت کرده‌اند. در این راستا، یکی از فناوری‌های کلیدی که می‌تواند کارایی این نیروگاه‌ها را به طرز چشمگیری افزایش دهد، سیستم "Tracker" یا ردیاب خورشیدی است. اگر می­خواهید با عملکرد سیستم­های ردیاب خورشیدی 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. استفاده از ردیاب‌ها به ویژه در مناطقی که دارای تابش خورشید بالا هستند، می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر میزان انرژی تولیدی نیروگاه خورشیدی داشته باشد.

این سیستم‌ها 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 کنند. این امر به معنای افزایش تولید انرژی و بهره‌وری بالاتر در مقایسه با پنل‌های ثابت است. همچنین، ردیاب‌ها 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 پنل‌های بیشتری 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 ردیاب‌ها در نیروگاه خورشیدی به عنوان یک گام مهم در راستای توسعه پایدار و حفظ محیط زیست به شمار می‌رود.

انواع ردیاب خورشیدی

همانطور که گفتیم ردیاب های خورشیدی، فناوری‌های نوآورانه‌ای هستند که به منظور بهینه‌سازی 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 پایدارسازی و کاهش هزینه‌های انرژی نزدیک‌تر شوند. در این بخش، به بررسی انواع ردیاب‌ خورشیدی و مزایای آن‌ها خواهیم پرداخت. یک دسته بندی ردیاب خورشیدی براساس زوایای حرکت آن است که شامل ردیاب­های تک محوره و دومحوره می ­شود:

1. 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 آن، در جهت شرق به غرب بچرخاند. در این سیستم زاویه پنل­ها نسبت به زمین ثابت بوده و تغییر نمی­کند. این نوع ردیاب به افزایش تولید انرژی در حدود 25% تا 35% نسبت به پنل‌های ثابت کمک می‌کند.

2. ردیاب خورشیدی دو محور (Dual-Axis Trackers)

این ردیاب قادر به حرکت در دو محور عمودی و افقی است. این ویژگی به این سیستم اجازه می‌دهد تا با دقت بیشتری به سمت خورشید بچرخد و در نتیجه می‌تواند تولید انرژی را تا 40% افزایش دهد. قیمت ردیاب دومحور به دلیل پیچیده­تر بودن سیستم سخت­افزاری و نرم­افزاری، بالاتر از نوع تک محور است.

ردیاب­ های خورشیدی براساس نوع سیستم کنترلی به کار رفته در آنها نیز به دو گروه اتوماتیک و تمام اتوماتیک دسته ­بندی می ­شوند:

1. 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 می ­شود.

2. ردیاب خورشیدی تمام اتوماتیک

این نوع ردیاب خورشیدی برای روشن و یا خاموش شدن به هیچ اپراتوری نیاز ندارد. به عبارتی با طلوع آفتاب به صورت اتوماتیک 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 ردیاب خورشیدی

طراحی ردیاب خورشیدی یکی از جنبه‌های کلیدی در بهینه‌سازی نیروگاه خورشیدی است. این 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 این ردیاب‌ها شامل چندین عامل مهم است.

اولین اصل، انتخاب مکانیزم حرکتی مناسب است. همانطور که اشاره شد ردیاب‌ها معمولاً به دو دسته تک‌محور و دو محور تقسیم می‌شوند. ردیاب های تک‌محور تنها در یک جهت حرکت می‌کنند، در حالی که ردیاب‌های دو محور می‌توانند در دو جهت افقی و عمودی جابجا شوند و به همین دلیل کارایی بیشتری در جذب نور خورشید دارند.

دومین اصل، استفاده از حسگرهای نوری یا دمایی است. این حسگرها به ردیاب‌ها این امکان را می‌دهند که تغییرات شدت نور را شناسایی کرده و به طور خودکار به سمت منبع نور حرکت کنند. 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 ساختار به گونه‌ای که وزن کم و استحکام بالایی داشته باشد، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. علاوه بر این، بهینه‌سازی مصرف انرژی و هزینه‌های نگهداری نیز از اصول طراحی ردیاب خورشیدی است. با استفاده از فناوری‌های هوشمند و سیستم‌های کنترل پیشرفته، می‌توان هزینه‌های عملیاتی را کاهش و بهره‌وری کلی سیستم را افزایش داد.

1. طراحی ردیاب 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.

2. طراحی ردیاب با مقاومت نوری

در طراحی این ردیاب خورشیدی 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 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 Tracker در نیروگاه خورشیدی

- افزایش تولید انرژی: با بهینه‌سازی زاویه پنل نسبت به تابش نور خورشید، ردیاب‌ها می‌توانند میزان تولید انرژی را به طور قابل توجهی افزایش دهند.

معایب استفاده از Tracker در نیروگاه خورشیدی

با وجود مزیت افزایش انرژی خروجی نیروگاه ها، استفاده از ردیاب‌های خورشیدی چالش‌هایی نیز دارد. از جمله:

- هزینه اولیه بالا: نصب و راه‌اندازی سیستم‌های ردیاب هزینه بیشتری نسبت به سیستم‌های ثابت دارد.

- نیاز به نگهداری بیشتر: سیستم‌های متحرک نیاز به نگهداری و تعمیرات بیشتری دارند که می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد.

نتیجه‌گیری

استفاده از سیستم‌های ردیاب 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 بهره‌وری انرژی تولیدی توسط پنل خورشیدی در آینده مطرح شود. اگرچه استفاده از این نوع سیستم در نیروگاه خورشیدی، به دلیل هزینه های اولیه و همچنین تعمیرات و نگهداری بالا، نیازمند بررسی دقیق بازگشت سرمایه و مقایسه آن با سیستم های ثابت است.