Обзор оборудования
Полностью автоматическая система слежения за солнцем — это интеллектуальная система, которая отслеживает азимут и высоту солнца в режиме реального времени, управляя фотоэлектрическими панелями, концентраторами или оборудованием для наблюдения, чтобы всегда поддерживать оптимальный угол наклона к солнечным лучам. По сравнению со стационарными солнечными устройствами, она может повысить эффективность получения энергии на 20–40% и имеет важное значение для фотоэлектрической генерации, регулирования освещения в сельском хозяйстве, астрономических наблюдений и других областей.
Состав основных технологий
Система восприятия
Массив фотоэлектрических датчиков: используйте четырехквадрантный фотодиод или датчик изображения ПЗС для обнаружения разницы в распределении интенсивности солнечного света.
Компенсация астрономического алгоритма: встроенное позиционирование GPS и база данных астрономического календаря, расчет и прогнозирование траектории солнца в дождливую погоду.
Обнаружение слияния данных из нескольких источников: объединение датчиков интенсивности света, температуры и скорости ветра для достижения позиционирования без помех (например, различения солнечного света от световых помех)
Система управления
Двухосная структура привода:
Горизонтальная ось вращения (азимут): шаговый двигатель управляет вращением 0–360°, точность ±0,1°
Ось регулировки наклона (угол места): линейный толкатель обеспечивает регулировку в диапазоне от -15° до 90° для адаптации к изменению высоты солнца в течение четырех сезонов
Алгоритм адаптивного управления: использование ПИД-регулятора с обратной связью 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 система подшипников: уровень защиты IP68, встроенный графитовый смазочный слой и срок непрерывной работы в условиях пустыни более 5 лет.
Типичные случаи применения
1. Мощная концентрированная фотоэлектрическая станция (КФЭС)
Система слежения DuraTrack HZ v3 от Array Technologies установлена в солнечном парке в Дубае (ОАЭ) и оснащена многопереходными солнечными элементами III-V:
Двухосное отслеживание обеспечивает эффективность преобразования световой энергии 41% (фиксированные кронштейны — только 32%).
Оснащен режимом защиты от урагана: когда скорость ветра превышает 25 м/с, фотоэлектрическая панель автоматически устанавливается под ветроустойчивым углом, чтобы снизить риск повреждения конструкции.
2. Умная сельскохозяйственная солнечная теплица
Университет Вагенингена в Нидерландах интегрирует систему слежения SolarEdge Sunflower в теплицу для томатов:
Угол падения солнечного света динамически регулируется с помощью решетки отражателей, что позволяет улучшить равномерность освещения на 65%.
В сочетании с моделью роста растений он автоматически отклоняется на 15° в период яркого света в полдень, чтобы избежать ожогов листьев.
3. Космическая астрономическая наблюдательная платформа
Юньнаньская обсерватория Китайской академии наук использует систему экваториального слежения ASA DDM85:
В режиме слежения за звездами угловое разрешение достигает 0,05 угловой секунды, что соответствует требованиям длительной экспозиции объектов дальнего космоса.
Используя кварцевые гироскопы для компенсации вращения Земли, 24-часовая ошибка слежения составляет менее 3 угловых минут.
4. Умная система уличного освещения города
Пилотная установка уличного освещения SolarTree в районе Шэньчжэнь Цяньхай:
Двухосное отслеживание + монокристаллические кремниевые элементы обеспечивают среднюю суточную выработку электроэнергии до 4,2 кВт·ч, обеспечивая 72 часа работы батареи в дождливую и облачную погоду.
Автоматически возвращается в горизонтальное положение ночью, чтобы уменьшить сопротивление ветра и служить платформой для крепления микробазовой станции 5G.
5. Солнечный опреснитель
Проект «SolarSailor» на Мальдивах:
На палубе корпуса уложена гибкая фотоэлектрическая пленка, а компенсация волн осуществляется с помощью гидравлической приводной системы.
По сравнению со стационарными системами ежедневное производство пресной воды увеличивается на 28%, что позволяет удовлетворить ежедневные потребности сообщества из 200 человек.
Тенденции развития технологий
Позиционирование с использованием нескольких датчиков: объединение визуального SLAM и лидара для достижения сантиметровой точности отслеживания на сложном рельефе.
Оптимизация стратегии управления с помощью ИИ: использование глубокого обучения для прогнозирования траектории движения облаков и планирования оптимального пути отслеживания заранее (эксперименты Массачусетского технологического института показывают, что это может увеличить суточную выработку электроэнергии на 8%).
Разработка бионической структуры: имитация механизма роста подсолнечника и разработка самоуправляемого устройства на основе жидкокристаллического эластомера без электропривода (прототип немецкой лаборатории KIT достиг поворота на ±30°).
Космическая фотоэлектрическая батарея: система SSPS, разработанная японским агентством JAXA, осуществляет передачу микроволновой энергии через фазированную антенную решетку, а ошибка синхронного отслеживания орбиты составляет <0,001°.
Предложения по выбору и реализации
Фотоэлектрическая станция для пустыни, устойчивая к воздействию песка и пыли, работающая при температуре до 50 ℃, с закрытым гармоническим редуктором и модулем рассеивания тепла с воздушным охлаждением
Полярная исследовательская станция, запуск при температуре -60℃, защита от обледенения и снега, подшипник с подогревом + кронштейн из титанового сплава
Домашняя распределенная фотоэлектрическая система, бесшумная конструкция (<40 дБ), легкая установка на крыше, одноосная система слежения + бесщеточный двигатель постоянного тока
Заключение
Благодаря прорывам в таких технологиях, как перовскитные фотоэлектрические материалы и платформы управления и обслуживания цифровых двойников, полностью автоматические солнечные трекеры переходят от «пассивного слежения» к «предиктивному сотрудничеству». В будущем они продемонстрируют более широкий потенциал применения в таких областях, как космические солнечные электростанции, источники искусственного света для фотосинтеза и межзвёздные исследовательские аппараты.
Время публикации: 11 февраля 2025 г.