Обзор оборудования
Полностью автоматическая система слежения за солнцем — это интеллектуальная система, которая в режиме реального времени определяет азимут и высоту солнца, управляя фотоэлектрическими панелями, концентраторами или наблюдательным оборудованием для поддержания оптимального угла наклона относительно солнечных лучей. По сравнению со стационарными солнечными устройствами, она позволяет повысить эффективность приема энергии на 20-40% и имеет важное значение в фотоэлектрической энергетике, регулировании освещения в сельском хозяйстве, астрономических наблюдениях и других областях.
Состав основных технологий
Система восприятия
Массив фотоэлектрических датчиков: использует четырехквадрантный фотодиод или ПЗС-матрицу для обнаружения различий в распределении интенсивности солнечного света.
Астрономическая алгоритмическая компенсация: встроенное GPS-позиционирование и база данных астрономического календаря позволяют рассчитывать и прогнозировать траекторию движения Солнца в дождливую погоду.
Обнаружение на основе объединения данных из нескольких источников: объединение показаний датчиков интенсивности света, температуры и скорости ветра для обеспечения позиционирования с защитой от помех (например, различение солнечного света от световых помех).
система управления
Двухосевая приводная конструкция:
Ось горизонтального вращения (азимут): Шаговый двигатель управляет вращением от 0 до 360°, точность ±0,1°.
Ось регулировки тангажа (угол возвышения): линейный толкатель обеспечивает регулировку от -15° до 90° для адаптации к изменению высоты Солнца в течение четырех сезонов.
Адаптивный алгоритм управления: использование ПИД-регулятора с замкнутым контуром для динамической регулировки скорости двигателя с целью снижения энергопотребления.
Механическая структура
Легкий композитный кронштейн: материал из углеродного волокна обеспечивает соотношение прочности к весу 10:1 и уровень ветроустойчивости 10.
Самоочищающаяся подшипниковая система: уровень защиты IP68, встроенный графитовый смазочный слой, срок службы в условиях пустыни превышает 5 лет.
Типичные примеры применения
1. Мощная концентрированная фотоэлектрическая электростанция (CPV)
Система слежения Array Technologies DuraTrack HZ v3 развернута в солнечном парке в Дубае, ОАЭ, с использованием многослойных солнечных элементов на основе соединений III-V групп:
Двухосевая система слежения обеспечивает эффективность преобразования световой энергии в 41% (у фиксированных кронштейнов этот показатель составляет всего 32%).
Оснащена режимом защиты от урагана: при скорости ветра более 25 м/с фотоэлектрическая панель автоматически регулируется под углом, устойчивым к ветру, чтобы снизить риск повреждения конструкции.
2. Интеллектуальная сельскохозяйственная солнечная теплица
Вагенингенский университет в Нидерландах внедрил систему слежения за подсолнечником SolarEdge в теплице для выращивания томатов:
Угол падения солнечного света динамически регулируется с помощью массива отражателей, что позволяет повысить равномерность освещения на 65%.
В сочетании с моделью роста растений, он автоматически отклоняется на 15° в период интенсивного освещения в полдень, чтобы избежать ожогов листьев.
3. Космическая астрономическая наблюдательная платформа
Обсерватория провинции Юньнань Китайской академии наук использует экваториальную систему слежения ASA DDM85:
В режиме слежения за звездами угловое разрешение достигает 0,05 угловых секунд, что удовлетворяет потребностям длительной экспозиции объектов глубокого космоса.
Благодаря использованию кварцевых гироскопов для компенсации вращения Земли, погрешность слежения за 24 часа составляет менее 3 угловых минут.
4. Интеллектуальная система уличного освещения в городе
В районе Цяньхай, Шэньчжэнь, был запущен пилотный проект по установке фотоэлектрических уличных фонарей SolarTree:
Двухосевая система слежения и монокристаллические кремниевые элементы позволяют достичь средней суточной выработки электроэнергии в 4,2 кВт·ч, обеспечивая 72 часа работы от батареи в дождливую и пасмурную погоду.
Автоматически возвращается в горизонтальное положение ночью для уменьшения сопротивления ветра и служит платформой для установки микробазовых станций 5G.
5. Судно для опреснения воды с использованием солнечной энергии
Проект «SolarSailor» на Мальдивах:
На палубу корпуса укладывается гибкая фотоэлектрическая пленка, а компенсация волнового воздействия осуществляется с помощью гидравлической приводной системы.
По сравнению со стационарными системами, суточная выработка чистой воды увеличивается на 28%, что позволяет удовлетворить ежедневные потребности сообщества из 200 человек.
Тенденции развития технологий
Многосенсорное позиционирование: объединение визуальной SLAM-системы и лидара для достижения точности отслеживания на уровне сантиметров в условиях сложного рельефа местности.
Оптимизация стратегии управления с помощью ИИ: использование глубокого обучения для прогнозирования траектории движения облаков и предварительного планирования оптимального пути слежения (эксперименты MIT показывают, что это может увеличить суточную выработку электроэнергии на 8%).
Разработка бионической структуры: имитировать механизм роста подсолнечника и разработать самонаводящееся устройство на основе жидкокристаллического эластомера без электропривода (прототип немецкой лаборатории KIT обеспечивает угол поворота ±30°).
Космическая фотоэлектрическая матрица: система SSPS, разработанная японским японским агентством JAXA, обеспечивает передачу микроволновой энергии через фазированную антенную решетку, а ошибка синхронного слежения за орбитой составляет <0,001°.
Рекомендации по выбору и внедрению
Пустынная фотоэлектрическая электростанция, устойчивая к песку и пыли, работа при высоких температурах до 50℃, двигатель с замкнутым гармоническим редуктором + модуль воздушного охлаждения для отвода тепла.
Полярная исследовательская станция, запуск при низкой температуре -60℃, защита от обледенения и снеговой нагрузки, нагревательный подшипник + кронштейн из титанового сплава.
Домашняя распределенная фотоэлектрическая система, бесшумная конструкция (<40 дБ), легкая установка на крыше, одноосевая система слежения + бесщеточный двигатель постоянного тока.
Заключение
Благодаря прорывам в таких технологиях, как перовскитные фотоэлектрические материалы и цифровые двойники платформ управления и обслуживания, полностью автоматические солнечные трекеры эволюционируют от «пассивного слежения» к «прогнозирующему взаимодействию». В будущем они продемонстрируют больший потенциал применения в области космических солнечных электростанций, искусственных источников света для фотосинтеза и межзвездных исследовательских аппаратов.
Дата публикации: 11 февраля 2025 г.