Įrangos apžvalga
Visiškai automatinis saulės energijos sekiklis yra išmanioji sistema, kuri realiuoju laiku fiksuoja saulės azimutą ir aukštį, valdydama fotovoltines plokštes, koncentratorius ar stebėjimo įrangą, kad visada išlaikytų geriausią kampą su saulės spinduliais. Palyginti su stacionariais saulės energijos įrenginiais, ji gali padidinti energijos priėmimo efektyvumą 20–40 % ir yra svarbi fotovoltinės energijos gamyboje, žemės ūkio apšvietimo reguliavime, astronominiuose stebėjimuose ir kitose srityse.
Pagrindinės technologijos sudėtis
Suvokimo sistema
Fotoelektrinių jutiklių matrica: naudokite keturių kvadrantų fotodiodą arba CCD vaizdo jutiklį, kad aptiktumėte saulės šviesos intensyvumo pasiskirstymo skirtumą
Astronominio algoritmo kompensacija: integruota GPS padėties nustatymo ir astronominio kalendoriaus duomenų bazė, apskaičiuoja ir prognozuoja saulės trajektoriją lietingu oru
Kelių šaltinių sintezės aptikimas: sujunkite šviesos intensyvumo, temperatūros ir vėjo greičio jutiklius, kad pasiektumėte apsaugą nuo trukdžių (pvz., atskirtumėte saulės šviesą nuo šviesos trukdžių)
Valdymo sistema
Dviejų ašių pavaros konstrukcija:
Horizontali sukimosi ašis (azimutas): Žingsninis variklis valdo 0–360° sukimąsi, tikslumas ±0,1°
Pakreipimo reguliavimo ašis (aukščio kampas): Linijinis stūmiklis pasiekia -15°~90° reguliavimą, kad prisitaikytų prie saulės aukščio pokyčio per keturis metų laikus
Adaptyvus valdymo algoritmas: naudokite PID uždaros kilpos valdymą, kad dinamiškai reguliuotumėte variklio greitį ir sumažintumėte energijos suvartojimą
Mechaninė konstrukcija
Lengvas kompozitinis laikiklis: anglies pluošto medžiaga pasiekia 10:1 stiprumo ir svorio santykį ir 10 atsparumo vėjui lygį.
Savaime išsivalanti guolių sistema: IP68 apsaugos lygis, įmontuotas grafito tepimo sluoksnis ir nepertraukiamo veikimo dykumos aplinkoje laikas viršija 5 metus
Tipiniai taikymo atvejai
1. Didelės galios koncentruota fotovoltinė elektrinė (CPV)
„Array Technologies DuraTrack HZ v3“ sekimo sistema su III-V daugiasandrėmis saulės baterijomis dislokuota saulės energijos parke Dubajuje, JAE:
Dviejų ašių sekimas leidžia pasiekti 41 % šviesos energijos konversijos efektyvumą (fiksuoti laikikliai – tik 32 %).
Įrengtas uragano režimas: kai vėjo greitis viršija 25 m/s, fotovoltinė plokštė automatiškai sureguliuojama į vėjui atsparų kampą, kad sumažėtų konstrukcijos pažeidimo rizika
2. Išmanus žemės ūkio saulės šiltnamis
Nyderlandų Vageningeno universitetas integruoja „SolarEdge“ saulėgrąžų sekimo sistemą pomidorų šiltnamyje:
Saulės šviesos kritimo kampas dinamiškai reguliuojamas per reflektorių masyvą, kad šviesos tolygumas pagerėtų 65 %.
Kartu su augalų augimo modeliu, stiprios šviesos laikotarpiu vidurdienį jis automatiškai nukrypsta 15° kampu, kad nenudegintų lapų.
3. Kosminė astronomijos stebėjimo platforma
Kinijos mokslų akademijos Junano observatorija naudoja ASA DDM85 pusiaujo sekimo sistemą:
Žvaigždžių sekimo režimu kampinė skiriamoji geba siekia 0,05 lanko sekundės, todėl reikia ilgalaikio gilaus dangaus objektų stebėjimo.
Naudojant kvarcinius giroskopus Žemės sukimuisi kompensuoti, 24 valandų sekimo paklaida yra mažesnė nei 3 lanko minutės.
4. Išmanioji miesto gatvių apšvietimo sistema
Šendženo Čianhai rajono bandomieji „SolarTree“ fotovoltiniai gatvių žibintai:
Dviejų ašių sekimas + monokristaliniai silicio elementai leidžia vidutiniškai generuoti 4,2 kWh per dieną, o tai užtikrina 72 valandų baterijos veikimo laiką lietingu ir debesuotu oru.
Naktį automatiškai grįžta į horizontalią padėtį, kad sumažintų vėjo pasipriešinimą ir veiktų kaip 5G mikro bazinės stoties tvirtinimo platforma
5. Saulės gėlinimo laivas
Maldyvų „SolarSailor“ projektas:
Ant korpuso denio klojama lanksti fotovoltinė plėvelė, o bangų kompensavimo sekimas pasiekiamas hidraulinės pavaros sistemos pagalba.
Palyginti su stacionariomis sistemomis, paros gėlo vandens gamyba padidėja 28 %, patenkinant 200 žmonių bendruomenės kasdienius poreikius.
Technologijų plėtros tendencijos
Kelių jutiklių suliejimo padėties nustatymas: sujunkite vizualinį SLAM ir lidarą, kad pasiektumėte centimetro lygio sekimo tikslumą sudėtingame reljefe
Dirbtinio intelekto pavaros strategijos optimizavimas: gilusis mokymasis naudojamas debesų judėjimo trajektorijai numatyti ir optimaliam sekimo keliui iš anksto suplanuoti (MIT eksperimentai rodo, kad tai gali padidinti dienos energijos gamybą 8 %).
Bioninės struktūros projektavimas: imituoti saulėgrąžų augimo mechanizmą ir sukurti skystųjų kristalų elastomero savaiminio vairavimo įtaisą be variklio pavaros (Vokietijos KIT laboratorijos prototipas pasiekė ±30° vairavimą)
Kosminė fotovoltinė matrica: Japonijos JAXA sukurta SSPS sistema realizuoja mikrobangų energijos perdavimą per fazinę gardelę, o sinchroninės orbitos sekimo paklaida yra <0,001°.
Atrankos ir įgyvendinimo pasiūlymai
Dykumos fotovoltinė elektrinė, apsauganti nuo smėlio ir dulkių dilimo, veikianti aukštoje temperatūroje 50 ℃, uždaras harmonikų redukcinis variklis + oro aušinimo šilumos išsklaidymo modulis
Poliarinių tyrimų stotis, paleidimas esant -60 ℃ žemai temperatūrai, apsauga nuo apledėjimo ir sniego, šildomas guolis + titano lydinio laikiklis
Namams paskirstyta fotovoltinė sistema, tyli konstrukcija (<40 dB), lengvas montavimas ant stogo, vienos ašies sekimo sistema + bešepetis nuolatinės srovės variklis
Išvada
Tobulėjant technologijoms, tokioms kaip perovskito fotovoltinės medžiagos ir skaitmeninių dvynukų valdymo bei priežiūros platformos, visiškai automatiniai saulės energijos sekikliai vystosi iš „pasyvaus sekimo“ į „nuspėjamąjį bendradarbiavimą“. Ateityje jie turės didesnį pritaikymo potencialą kosminių saulės elektrinių, fotosintezės dirbtinių šviesos šaltinių ir tarpžvaigždinių tyrimų aparatų srityse.
Įrašo laikas: 2025 m. vasario 11 d.