Solar-Tracker

Ein Solartracker ist ein Gerät, das eine Nutzlast zur Sonne orientiert. Nutzlasten sind in der Regel Sonnenkollektoren, Parabolrinnen, Fresnel-Reflektoren, Linsen oder die Spiegel eines Heliostaten.

Bei Flachbildschirm-Photovoltaikanlagen werden Tracker verwendet, um den Einfallswinkel zwischen dem einfallenden Sonnenlicht und einem Photovoltaikpanel zu minimieren. In Konzentrator-Photovoltaik- (CPV) und konzentrierten Solarenergie- (CSP) -Anwendungen werden Tracker verwendet, um die optischen Komponenten in den CPV- und CSP-Systemen zu ermöglichen. Die Optik in konzentrierten Solaranwendungen akzeptiert den direkten Anteil von Sonnenlicht und muss daher entsprechend ausgerichtet werden, um Energie zu sammeln. Nachführsysteme sind in allen Konzentratoranwendungen zu finden, da solche Systeme die Sonnenenergie mit maximaler Effizienz sammeln, wenn die optische Achse mit der einfallenden Sonnenstrahlung ausgerichtet ist.

Basiskonzept
Das Sonnenlicht besteht aus zwei Komponenten, dem „direkten Strahl“, der etwa 90% der Sonnenenergie trägt, und dem „diffusen Sonnenlicht“, das den Rest trägt – der diffuse Teil ist der blaue Himmel an einem klaren Tag und ist ein größerer Anteil des Sonnenlichts insgesamt an bewölkten Tagen. Da der Großteil der Energie im direkten Strahl liegt, erfordert eine Maximierung der Sammlung, dass die Sonne so lange wie möglich für die Paneele sichtbar ist. Bitte beachten Sie jedoch, dass in Gebieten mit stärkerer Bewölkung das Verhältnis von direktem zu diffusem Licht nur 60% betragen kann: 40% oder sogar darunter.

Die Energie, die von dem direkten Strahl beigesteuert wird, fällt mit dem Kosinus des Winkels zwischen dem einfallenden Licht und der Platte ab. Zusätzlich ist das Reflexionsvermögen (gemittelt über alle Polarisationen) für Einfallswinkel bis etwa 50 ° annähernd konstant, jenseits derer sich das Reflexionsvermögen schnell verschlechtert.

Direkter Leistungsverlust (%) aufgrund von Fehlausrichtung (Winkel i) wobei Lost = 1 – cos (i)

Zum Beispiel können Tracker, die Genauigkeiten von ± 5 ° haben, mehr als 99,6% der Energie liefern, die von dem direkten Strahl plus 100% des diffusen Lichts geliefert wird. Infolgedessen wird eine hochgenaue Nachführung in nicht konzentrierenden PV-Anwendungen typischerweise nicht verwendet.

Der Zweck eines Tracking-Mechanismus ist es, der Sonne zu folgen, während sie sich über den Himmel bewegt. In den folgenden Abschnitten, in denen jeder der Hauptfaktoren etwas detaillierter beschrieben wird, wird der komplexe Weg der Sonne vereinfacht, indem ihre tägliche Ost-West-Bewegung getrennt von ihrer jährlichen Nord-Süd-Variation mit den Jahreszeiten betrachtet wird .

Sonnenenergie abgefangen
Die Menge an Sonnenenergie, die für die Sammlung aus dem direkten Strahl verfügbar ist, ist die Menge an Licht, die von der Platte abgefangen wird. Dies ist durch die Fläche des Panels multipliziert mit dem Kosinus des Einfallswinkels des direkten Strahls gegeben (siehe Abbildung oben). Oder anders ausgedrückt, die abgefangene Energie entspricht der Fläche des Schattens, der von der Platte auf eine Fläche senkrecht zum direkten Strahl geworfen wird.

Diese Kosinus-Beziehung steht in enger Beziehung zu der Beobachtung, die 1760 durch Lamberts Kosinusgesetz formalisiert wurde. Dies beschreibt, dass die beobachtete Helligkeit eines Objekts proportional zum Kosinus des Einfallswinkels des ihn beleuchtenden Lichts ist.

Reflektive Verluste
Nicht alles abgefangene Licht wird in das Panel übertragen – ein wenig wird an seiner Oberfläche reflektiert. Die reflektierte Menge wird sowohl vom Brechungsindex des Oberflächenmaterials als auch vom Einfallswinkel des einfallenden Lichts beeinflusst. Die reflektierte Menge unterscheidet sich auch in Abhängigkeit von der Polarisation des einfallenden Lichts. Ankommendes Sonnenlicht ist eine Mischung aller Polarisationen. Gemittelt über alle Polarisationen sind die Reflexionsverluste bis zu Einfallswinkeln bis etwa 50 ° annähernd konstant, jenseits derer sie sich schnell verschlechtern. Siehe zum Beispiel das linke Diagramm.

Tägliche Ost-West-Bewegung der Sonne
Die Sonne bewegt sich pro Tag um 360 Grad von Ost nach West, aber aus der Perspektive eines festen Standorts beträgt der sichtbare Teil 180 Grad während einer durchschnittlichen Dauer von einem halben Tag (mehr im Frühling und Sommer; weniger im Herbst und Winter). Lokale Horizonteffekte reduzieren dies etwas und machen die effektive Bewegung um 150 Grad. Ein Sonnenkollektor in einer festen Ausrichtung zwischen dem Morgen- und dem Sonnenuntergang-Extrem wird eine Bewegung von 75 Grad zu jeder Seite sehen und somit gemäß der obigen Tabelle mehr als 75% der Energie am Morgen und am Abend verlieren. Drehen der Platten nach Osten und Westen kann dazu beitragen, diese Verluste zurückzugewinnen. Ein Tracker, der nur versucht, die Ost-West-Bewegung der Sonne zu kompensieren, ist als einachsiger Tracker bekannt.

Saisonale Nord-Süd-Bewegung der Sonne
Aufgrund der Neigung der Erdachse bewegt sich die Sonne während eines Jahres auch um 46 Grad nach Norden und Süden. Die gleiche Gruppe von Paneelen, die sich in der Mitte zwischen den beiden lokalen Extremen befindet, wird sehen, dass sich die Sonne auf beiden Seiten um 23 Grad bewegt. Somit wird gemäß der obigen Tabelle ein optimal ausgerichteter Einachsen-Verfolger (siehe polar ausgerichteter Verfolger unten) nur 8,3% bei den saisonalen Extremen des Sommers und Winters verlieren, oder ungefähr 5% gemittelt über ein Jahr. Umgekehrt wird ein vertikal oder horizontal ausgerichteter Einachsen-Tracker aufgrund dieser jahreszeitlichen Schwankungen im Sonnenverlauf erheblich mehr abnehmen. Zum Beispiel wird ein vertikaler Tracker an einem Standort bei 60 ° Breite im Sommer bis zu 40% der verfügbaren Energie verlieren, während ein horizontaler Tracker bei 25 ° Breite im Winter bis zu 33% verlieren wird.

Ein Tracker, der sowohl tägliche als auch saisonale Bewegungen berücksichtigt, wird als zweiachsiger Tracker bezeichnet. Im Allgemeinen werden die Verluste aufgrund von saisonalen Winkeländerungen durch Änderungen in der Länge des Tages erschwert, wobei im Sommer in nördlichen oder südlichen Breiten die Sammlung zunimmt. Dies wirkt sich auf den Sommer aus, wenn also die Paneele näher an den durchschnittlichen Sommerwinkeln gekippt werden, sind die jährlichen Gesamtverluste geringer als bei einem System, das im Frühling / Herbst Sonnenwendewinkel geneigt ist (was dem Breitengrad entspricht).

In der Branche gibt es erhebliche Diskussionen darüber, ob der geringe Unterschied in der jährlichen Erfassung zwischen Ein- und Zweiachs-Trackern die zusätzliche Komplexität eines zweiachsigen Trackers lohnenswert macht. Eine kürzlich durchgeführte Überprüfung der tatsächlichen Produktionsstatistiken aus dem südlichen Ontario ergab, dass der Unterschied insgesamt bei etwa 4% lag, was weit unter den zusätzlichen Kosten der zweiachsigen Systeme lag. Dies ist im ungünstigsten Fall mit der 24-32% igen Verbesserung zwischen einem Fixed-Array- und einem Einachsen-Tracker vergleichbar.

Andere Faktoren

Wolken
Die obigen Modelle gehen von einer einheitlichen Wahrscheinlichkeit einer Bewölkung zu verschiedenen Tages- oder Jahreszeiten aus. In verschiedenen Klimazonen kann die Wolkenbedeckung mit den Jahreszeiten variieren und die oben beschriebenen gemittelten Leistungsdaten beeinflussen. Alternativ, zum Beispiel in einem Gebiet, in dem sich die Bewölkung im Durchschnitt im Laufe des Tages aufbaut, kann es besondere Vorteile beim Sammeln der Morgensonne geben.

Atmosphäre
Die Entfernung, die das Sonnenlicht durch die Atmosphäre zurücklegen muss, nimmt zu, wenn sich die Sonne dem Horizont nähert, da das Sonnenlicht diagonal durch die Atmosphäre wandern muss.Wenn die Weglänge durch die Atmosphäre zunimmt, nimmt die Sonnenintensität, die den Kollektor erreicht, ab. Diese ansteigende Weglänge wird als Luftmassen- (AM) oder Luftmassenkoeffizient bezeichnet, wobei sich AM0 an der Spitze der Atmosphäre befindet, AM1 sich auf den direkten vertikalen Weg hinab auf Meereshöhe mit Sonnenkopf bezieht und AM größer als 1 ist bezieht sich auf diagonale Wege, wenn sich die Sonne dem Horizont nähert.

Auch wenn sich die Sonne in den frühen Morgenstunden oder in den Wintermonaten nicht besonders heiß anfühlt, wirkt sich der diagonale Weg durch die Atmosphäre weniger stark auf die Sonnenintensität aus. Selbst wenn die Sonne nur 15 ° über dem Horizont steht, kann die Sonnenintensität etwa 60% ihres Maximalwertes betragen, etwa 50% bei 10 ° und 25% bei nur 5 ° über dem Horizont. Daher können Tracker einen Nutzen erzielen, indem sie die signifikante verfügbare Energie sammeln, wenn die Sonne nahe der Horizontalen ist, wenn dies möglich ist.

Solarzelleneffizienz
Natürlich hat die zugrundeliegende Energieumwandlungseffizienz einer photovoltaischen Zelle einen großen Einfluss auf das Endergebnis, unabhängig davon, ob eine Verfolgung verwendet wird oder nicht. Von besonderer Relevanz für die Vorteile des Trackings sind folgende:

Molekulare Struktur
Viel Forschung zielt auf die Entwicklung von Oberflächenmaterialien ab, um die maximale Energiemenge in die Zelle zu leiten und Reflexionsverluste zu minimieren.

Temperatur
Die Effizienz der photovoltaischen Solarzellen nimmt mit steigender Temperatur um etwa 0,4% / ° C ab. Zum Beispiel 20% höhere Effizienz bei 10 ° C am frühen Morgen oder Winter im Vergleich zu 60 ° C in der Hitze des Tages oder im Sommer. Daher können Tracker zusätzlichen Nutzen bringen, indem sie frühe Morgen- und Winter-Energie sammeln, wenn die Zellen mit ihrer höchsten Effizienz arbeiten.

Zusammenfassung
Tracker für konzentrierende Kollektoren müssen eine hochgenaue Verfolgung verwenden, um den Kollektor im Fokus zu halten.

Tracker für nicht-konzentrierende Flachbildschirme benötigen keine hochgenaue Verfolgung:

geringe Verlustleistung: unter 10% Verlust auch bei 25 ° Fehlausrichtung
Reflexion konsistent bis etwa 50 ° Fehlausrichtung
diffuses Sonnenlicht trägt 10% unabhängig von der Orientierung und ein größerer Anteil an bewölkten Tagen bei

Die Vorteile des Nachführens von nicht konzentrierenden Flachkollektoren ergeben sich aus folgendem:

Leistungsverlust verschlechtert sich schnell über etwa 30 ° Fehlausrichtung
selbst wenn die Sonne sehr nahe am Horizont ist, ist eine signifikante Leistung verfügbar, z. B. rund 60% der vollen Leistung bei 15 ° über dem Horizont, etwa 50% bei 10 ° und sogar 25% bei nur 5 ° über dem Horizont Relevanz in hohen Breiten und / oder in den Wintermonaten
Photovoltaik-Module sind in der Kühle der frühen Morgenstunden um etwa 20% effizienter als während der Hitze des Tages; ähnlich effizienter im Winter als im Sommer – und um die frühe Morgen- und Wintersonne effektiv zu erfassen, bedarf es einer Nachverfolgung.

dies kann verwendet werden, um eine große Menge an Solarerregung über das Folgende zu erzeugen

Arten von Sonnenkollektoren
Solarkollektoren können sein:

nicht konzentrierende Flachbildschirme, in der Regel Photovoltaik oder Warmwasser,
konzentrierende Systeme verschiedener Art.

Solarkollektor-Montagesysteme können fixiert (manuell ausgerichtet) oder nachgeführt werden.Verschiedene Arten von Sonnenkollektoren und ihre Position (Breitengrad) erfordern unterschiedliche Arten von Nachführungsmechanismen. Tracking-Systeme können wie folgt konfiguriert werden:

Fester Kollektor / beweglicher Spiegel – zB Heliostat
Beweglicher Sammler

Nicht-Tracking feste Halterung
Sonnenkollektoren für private und gewerbliche Zwecke mit geringer Kapazität sowie gewerbliche oder industrielle Aufdachanlagen und solare Warmwasserbereiterplatten werden üblicherweise befestigt, oft bündig auf einem entsprechend ausgerichteten Schrägdach montiert. Vorteile von festen Halterungen gegenüber Trackern sind die folgenden:

Mechanische Vorteile: Einfache Herstellung, geringere Installations- und Wartungskosten.
Windladen: Es ist einfacher und billiger, eine stabile Halterung vorzusehen; Alle Halterungen außer festen Unterputzplatten müssen sorgfältig auf die Windbelastung aufgrund größerer Beanspruchung ausgelegt sein.
Indirektes Licht: Ungefähr 10% der einfallenden Sonnenstrahlung ist diffuses Licht, das in jedem Winkel der Fehlausrichtung zur Sonne zur Verfügung steht.
Toleranz gegenüber Fehlausrichtung: Der effektive Sammelbereich für einen Flachbildschirm ist relativ unempfindlich gegenüber ziemlich hohen Verlagerungen mit der Sonne – siehe Tabelle und Diagramm im Abschnitt „Basiskonzept“ oben – zum Beispiel reduziert sogar eine 25 ° -Fehlausrichtung die direkte Sonnenenergie um weniger als 10%.
Feste Halterungen werden normalerweise in Verbindung mit nicht konzentrierenden Systemen verwendet, eine wichtige Klasse von nicht-verfolgenden konzentrierenden Sammlern, die in der 3. Welt von besonderem Wert sind, sind tragbare Solarkocher. Diese verwenden relativ niedrige Konzentrationen, typischerweise etwa 2 bis 8 Sonnen und werden manuell ausgerichtet.

Fährtenleser
Obwohl ein fest installierter Flachbildschirm so eingestellt werden kann, dass er einen hohen Anteil an verfügbarer Mittagsenergie aufnimmt, ist auch am frühen Morgen und späten Nachmittag erhebliche Leistung verfügbar, wenn die Fehlausrichtung bei einem festen Panel zu groß wird, um einen angemessenen Anteil des Stroms zu sammeln verfügbare Energie. Selbst wenn die Sonne zum Beispiel nur 10 ° über dem Horizont ist, kann die verfügbare Energie etwa die Hälfte der Mittagsenergie betragen (oder sogar größer je nach Breitengrad, Jahreszeit und atmosphärischen Bedingungen).

Daher besteht der Hauptvorteil eines Nachführsystems darin, Sonnenenergie für die längste Zeit des Tages und mit der genauesten Ausrichtung zu sammeln, wenn sich die Position der Sonne mit den Jahreszeiten ändert.

Je größer der Grad der verwendeten Konzentration ist, desto wichtiger wird außerdem eine genaue Verfolgung, da der Anteil der Energie, der von der direkten Strahlung abgeleitet wird, höher ist, und der Bereich, in dem die konzentrierte Energie fokussiert ist, wird kleiner.
Fester Kollektor / beweglicher Spiegel
Viele Kollektoren können nicht bewegt werden, beispielsweise Hochtemperaturkollektoren, bei denen die Energie als heiße Flüssigkeit oder Gas (z. B. Dampf) zurückgewonnen wird. Weitere Beispiele sind die direkte Beheizung und Beleuchtung von Gebäuden und fest eingebauten Solarkochern wie Scheffler-Reflektoren. In solchen Fällen ist es notwendig, einen sich bewegenden Spiegel zu verwenden, so dass unabhängig davon, wo die Sonne am Himmel steht, die Sonnenstrahlen auf den Kollektor umgeleitet werden.

Aufgrund der komplizierten Bewegung der Sonne über den Himmel und der Genauigkeit, die erforderlich ist, um die Strahlen der Sonne auf das Ziel auszurichten, verwendet ein Heliostat-Spiegel im Allgemeinen ein zweiachsiges Nachführsystem mit mindestens einer mechanisierten Achse. In verschiedenen Anwendungen können Spiegel flach oder konkav sein.

Beweglicher Sammler
Tracker können anhand der Anzahl und Ausrichtung der Trackerachsen in Klassen eingeteilt werden.Im Vergleich zu einer festen Halterung erhöht ein einachsiger Tracker die jährliche Leistung um etwa 30% und ein zweiachsiger Tracker um weitere 10-20%.

Photovoltaik Tracker können in zwei Arten eingeteilt werden: Standard-Photovoltaik (PV) -Tracker und konzentrierte Photovoltaik (CPV) -Tracker. Jeder dieser Tracker-Typen kann weiter kategorisiert werden durch die Anzahl und Ausrichtung ihrer Achsen, ihre Betätigungsarchitektur und ihren Antriebstyp, ihre beabsichtigten Anwendungen, ihre vertikalen Halterungen und ihr Fundament.

Schwimmende Bodenhalterung
Solar-Tracker können mit einem „schwimmenden“ Fundament gebaut werden, das ohne invasive Betonfundamente auf dem Boden steht. Anstatt den Tracker auf Betonfundamenten zu platzieren, wird der Tracker auf eine Kieswanne gestellt, die mit einer Vielzahl von Materialien wie Sand oder Kies gefüllt werden kann, um den Tracker am Boden zu befestigen. Diese „schwebenden“ Tracker können die gleiche Windlast wie ein herkömmlicher fest montierter Tracker halten. Der Einsatz von schwimmenden Nachführsystemen erhöht die Anzahl potenzieller Standorte für kommerzielle Solarprojekte, da sie auf überlagerten Deponien oder in Bereichen, in denen ausgegrabene Fundamente nicht möglich sind, platziert werden können.

Nicht konzentrierende Photovoltaik (PV) -Tracker
Photovoltaik-Paneele akzeptieren sowohl direktes als auch diffuses Licht vom Himmel. Die Panels auf Standard-Photovoltaik-Tracker sammeln sowohl das direkte als auch das diffuse Licht. Die Tracking-Funktionalität in Standard-Photovoltaik-Tracker wird verwendet, um den Einfallswinkel zwischen einfallendem Licht und dem Photovoltaik-Panel zu minimieren. Dies erhöht die Menge an Energie, die von der direkten Komponente des ankommenden Sonnenlichts gesammelt wird.

Die Physik hinter Standard-Photovoltaik (PV) -Trackern funktioniert mit allen gängigen Photovoltaik-Modultechnologien. Dazu gehören alle Arten von kristallinen Siliziumplatten (entweder Mono-Si oder Multi-Si) und alle Arten von Dünnschichtplatten (amorphes Silizium, CdTe, CIGS, mikrokristallin).

Konzentrator Photovoltaik (CPV) Tracker
Die Optiken in CPV-Modulen akzeptieren die direkte Komponente des einfallenden Lichts und müssen daher entsprechend ausgerichtet sein, um die gesammelte Energie zu maximieren. In Anwendungen mit niedriger Konzentration kann auch ein Teil des diffusen Lichts vom Himmel erfasst werden. Die Tracking-Funktionalität in CPV-Modulen wird verwendet, um die Optik so zu orientieren, dass das einfallende Licht auf einen Photovoltaik-Kollektor fokussiert wird.

CPV-Module, die sich in einer Dimension konzentrieren, müssen in einer Achse normal zur Sonne verfolgt werden. CPV-Module, die sich in zwei Dimensionen konzentrieren, müssen in zwei Achsen normal zur Sonne verfolgt werden.

Genauigkeitsanforderungen
Die Physik hinter der CPV-Optik erfordert, dass die Tracking-Genauigkeit zunimmt, wenn das Systemkonzentrationsverhältnis zunimmt. Für eine gegebene Konzentration liefern jedoch nicht abbildende Optiken die größtmöglichen Akzeptanzwinkel, die verwendet werden können, um die Spurverfolgungsgenauigkeit zu reduzieren.

In typischen Systemen mit hoher Konzentration muss die Nachführgenauigkeit im Bereich von ± 0,1 ° liegen, um etwa 90% der Nennleistung zu liefern. In Systemen mit niedriger Konzentration muss die Tracking-Genauigkeit im Bereich von ± 2,0 ° liegen, um 90% der Nennleistung zu liefern.Infolgedessen sind Verfolgungssysteme mit hoher Genauigkeit typisch.

Technologien unterstützt
Konzentrierte Photovoltaik-Tracker werden mit refraktiven und reflektierenden Konzentratorsystemen verwendet. In diesen Systemen werden eine Reihe neuer photovoltaischer Zelltechnologien eingesetzt. Diese reichen von herkömmlichen, kristallinen siliziumbasierten photovoltaischen Empfängern bis hin zu germaniumbasierten Triple-Junction-Empfängern.

Einachs-Tracker
Einachsige Nachführsysteme haben einen Freiheitsgrad, der als Drehachse dient. Die Rotationsachse von Einzelachsen-Trackern ist typischerweise entlang eines wahren Nordmeridians ausgerichtet. Es ist möglich, sie mit fortschrittlichen Tracking-Algorithmen in jede Himmelsrichtung auszurichten. Es gibt mehrere gängige Implementierungen von Einachsen-Trackern. Dazu gehören horizontale einachsige Nachführsysteme (HSAT), horizontale einachsige Nachführsysteme mit geneigten Modulen (HTSAT), vertikale einachsige Nachführsysteme (VSAT), geneigte einachsige Nachführsysteme (TSAT) und polar ausgerichtete einachsige Nachführsysteme (PSAT). Die Ausrichtung des Moduls in Bezug auf die Trackerachse ist wichtig für die Modellierung der Leistung.

Horizontal

Horizontaler Einachs-Tracker (HSAT)
Die Rotationsachse für den horizontalen Einachs-Tracker ist horizontal in Bezug auf den Boden. Die Pfosten an jedem Ende der Drehachse eines horizontalen Einachsen-Verfolgers können zwischen Verfolgern geteilt werden, um die Installationskosten zu senken. Diese Art von Solar-Tracker ist am besten für Regionen mit geringer geografischer Breite geeignet. Feldlayouts mit horizontalen einachsigen Trackern sind sehr flexibel. Die einfache Geometrie bedeutet, dass alle Achsen der Drehung parallel zueinander gehalten werden müssen, um die Nachführeinrichtungen in geeigneter Weise zueinander zu positionieren. Ein geeigneter Abstand kann das Verhältnis von Energieproduktion zu Kosten maximieren, wobei dies von lokalen Gelände- und Verschattungsbedingungen und dem Tageszeitwert der erzeugten Energie abhängt. Backtracking ist eine Möglichkeit, die Anordnung von Panels zu berechnen. Bei horizontalen Trackern ist die Fläche des Moduls typischerweise parallel zur Rotationsachse ausgerichtet. Wenn ein Modul verfolgt, fegt es einen Zylinder, der rotationssymmetrisch um die Rotationsachse ist. Bei einachsigen horizontalen Trackern wird ein langes horizontales Rohr auf Lagern getragen, die auf Pylonen oder Rahmen montiert sind. Die Achse der Röhre befindet sich auf einer Nord-Süd-Linie. Auf der Röhre sind Platten angebracht, und die Röhre dreht sich um ihre Achse, um die scheinbare Bewegung der Sonne durch den Tag zu verfolgen.

Horizontaler Einachs-Tracker mit geneigten Modulen (HTSAT)
Bei HSAT sind die Module flach bei 0 Grad montiert, während bei HTSAT die Module in einer bestimmten Neigung installiert sind. Es arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie HSAT, hält die Rohrachse horizontal in Nord-Süd-Richtung und dreht die Solarmodule den ganzen Tag von Ost nach West. Diese Tracker sind normalerweise in Gegenden mit hoher geografischer Breite geeignet, benötigen jedoch nicht so viel Landfläche, wie sie von Vertical Single Axis Tracker (VSAT) verbraucht werden. Daher bringt es die Vorteile von VSAT in einem horizontalen Tracker und minimiert die Gesamtkosten von Solarprojekten.

Vertikal
Vertikaler Einachs-Tracker (VSAT)
Die Drehachse für vertikale einachsige Nachführeinheiten ist vertikal in Bezug auf den Boden. Diese Tracker rotieren im Laufe des Tages von Ost nach West. Solche Nachführungen sind in hohen Breiten wirksamer als Nachführvorrichtungen mit horizontaler Achse. Feldlayouts müssen eine Schattierung berücksichtigen, um unnötige Energieverluste zu vermeiden und die Flächennutzung zu optimieren. Auch die Optimierung für eine dichte Packung ist aufgrund der Art der Schattierung im Laufe eines Jahres begrenzt. Vertikale einachsige Nachführeinrichtungen weisen typischerweise die Fläche des Moduls auf, die in einem Winkel in Bezug auf die Drehachse ausgerichtet ist. Wenn ein Modul verfolgt, fegt es einen Kegel, der rotationssymmetrisch um die Rotationsachse ist.

Gekippt
Gekippter Einachs-Tracker (TSAT)
Alle Verfolger mit den Drehachsen zwischen horizontalem und vertikalem sind geneigte einachsige Verfolger. Tracker-Neigungswinkel sind oft begrenzt, um das Windprofil zu verringern und die erhöhte Endhöhe zu verringern. Mit Backtracking können sie ohne Schattierung senkrecht zu ihrer Rotationsachse bei beliebiger Dichte gepackt werden. Die Packung ist jedoch parallel zu ihren Rotationsachsen durch den Neigungswinkel und die Breite begrenzt. Bei gekippten einachsigen Trackern ist die Fläche des Moduls typischerweise parallel zur Rotationsachse ausgerichtet. Wenn ein Modul verfolgt, fegt es einen Zylinder, der rotationssymmetrisch um die Rotationsachse ist.

Zweiachs-Tracker
Zweiachs-Nachführsysteme haben zwei Freiheitsgrade, die als Drehachsen dienen. Diese Achsen sind typischerweise normal zueinander. Die Achse, die in Bezug auf den Boden fixiert ist, kann als primäre Achse betrachtet werden. Die Achse, die auf die primäre Achse verweist, kann als sekundäre Achse betrachtet werden. Es gibt mehrere gebräuchliche Implementierungen von Zweiachsen-Trackern. Sie werden nach der Ausrichtung ihrer Hauptachsen in Bezug auf den Boden klassifiziert. Zwei gebräuchliche Implementierungen sind zweiachsige Nachführ-Neige-Nachführsysteme (TTDAT) und zweiachsige Nachführsysteme mit Azimuthhöhe (AADAT). Die Ausrichtung des Moduls in Bezug auf die Trackerachse ist wichtig für die Modellierung der Leistung.Zweiachs-Nachführeinheiten weisen typischerweise Module auf, die parallel zur sekundären Drehachse ausgerichtet sind. Zweiachsige Nachführsysteme ermöglichen optimale Sonnenenergieniveaus aufgrund ihrer Fähigkeit, der Sonne vertikal und horizontal zu folgen. Ganz gleich, wo sich die Sonne im Himmel befindet, zweiachsige Tracker können sich in direktem Kontakt mit der Sonne befinden.

Tipp-Neigung
Ein Tip-Tilt-Zweiachsen-Tracker (TTDAT) wird so genannt, weil das Panel-Array auf der Spitze eines Mastes montiert ist. Normalerweise wird die Ost-West-Bewegung durch Drehen der Anordnung um die Spitze der Stange angetrieben. Oben auf dem rotierenden Lager befindet sich ein T- oder H-förmiger Mechanismus, der für eine vertikale Rotation der Platten sorgt und die Hauptbefestigungspunkte für das Array bildet. Die Pfosten an jedem Ende der primären Rotationsachse eines zweiachsigen Nachführ-Neigungs-Trackers können zwischen Trackern geteilt werden, um die Installationskosten zu senken.

Andere derartige TTDAT-Verfolger haben eine horizontale Hauptachse und eine abhängige orthogonale Achse. Die vertikale Azimutachse ist festgelegt. Dies ermöglicht eine große Flexibilität der Nutzlastverbindung mit der am Boden befestigten Ausrüstung, da keine Verdrillung der Kabel um den Mast herum stattfindet.

Feld-Layouts mit zweiachsigen Neigungs-Neigungs-Trackern sind sehr flexibel. Die einfache Geometrie bedeutet, dass die Drehachsen parallel zueinander gehalten werden müssen, um die Nachführeinrichtungen in geeigneter Weise zueinander zu positionieren. Normalerweise müssten die Tracker mit einer relativ geringen Dichte positioniert werden, um zu vermeiden, dass ein Tracker einen Schatten auf andere wirft, wenn die Sonne tief am Himmel steht. Tip-Tilt-Tracker können dies kompensieren, indem sie sich näher an die Horizontale neigen, um die Sonneneinstrahlung zu minimieren und somit die Gesamtleistung zu maximieren.

Azimuth-Höhe
Ein Azimuth-Höhen- (oder Alt-Azimut-) Zweiachs-Verfolger (AADAT) hat seine Hauptachse (die Azimutachse) vertikal zum Boden. Die sekundäre Achse, oft als Elevationsachse bezeichnet, ist dann typischerweise senkrecht zur primären Achse. Sie sind den in Betrieb befindlichen Kipp-Kipp-Systemen ähnlich, unterscheiden sich jedoch in der Art und Weise, in der das Array für die tägliche Verfolgung gedreht wird. Anstatt die Anordnung um die Spitze der Stange zu drehen, können AADAT-Systeme einen großen Ring verwenden, der auf dem Boden montiert ist, wobei die Anordnung auf einer Reihe von Rollen montiert ist. Der Hauptvorteil dieser Anordnung ist, dass das Gewicht der Anordnung über einen Teil des Rings verteilt ist, im Gegensatz zu dem einzelnen Belastungspunkt des Pols im TTDAT. Dadurch kann AADAT viel größere Arrays unterstützen.Anders als der TTDAT kann das AADAT-System jedoch nicht näher beieinander angeordnet werden als der Durchmesser des Rings, was die Systemdichte verringern kann, insbesondere unter Berücksichtigung der Inter-Tracker-Schattierung.

Konstruktion und (Selbst-) Bau
Wie später beschrieben wird, ist das wirtschaftliche Gleichgewicht zwischen Kosten von Panel und Tracker nicht trivial. Der starke Rückgang der Kosten für Solarmodule in den frühen Jahren 2010 machte es schwieriger, eine vernünftige Lösung zu finden. Wie in den angehängten Mediendateien zu sehen ist, verwenden die meisten Konstruktionen industrielle und / oder schwere Materialien, die für kleine Handwerksbetriebe ungeeignet sind. Auch kommerzielle Angebote wie „Komplett-Kit-1KW-Einachs-Solar-Panel-Tracking-System-Linear-Aktor-Elektro-Controller-Für-Sonnenlicht-Solar / 1279440_2037007138“ haben eher ungeeignete Lösungen (ein großer Stein) zur Stabilisierung . Für eine kleine (Amateur- / Enthusiasten-) Konstruktion müssen folgende Kriterien erfüllt sein: Wirtschaftlichkeit, Stabilität des Endprodukts gegen Elementargefahren, einfache Handhabung von Materialien und Schreinerei.

Tracktypauswahl
Die Auswahl des Trackertyps hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich Installationsgröße, Stromkosten, staatliche Anreize, Landbeschränkungen, Breitengrad und lokales Wetter.

Horizontale Einzelachsen-Verfolger werden typischerweise für große verteilte Erzeugungsprojekte und Großprojekte verwendet. Die Kombination aus Energieverbesserung und niedrigeren Produktkosten sowie geringerer Installationskomplexität führt bei großen Bereitstellungen zu überzeugender Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus ist die starke Nachmittagsleistung für große netzgebundene Photovoltaikanlagen besonders wünschenswert, so dass die Produktion der Spitzenbedarfszeit entspricht. Horizontale, einachsige Nachführsysteme sorgen auch im Frühjahr und Sommer, wenn die Sonne hoch am Himmel steht, für eine erhebliche Produktivitätssteigerung.Die inhärente Robustheit ihrer Tragstruktur und die Einfachheit des Mechanismus führen auch zu einer hohen Zuverlässigkeit, die die Wartungskosten niedrig hält. Da die Paneele horizontal sind, können sie ohne Eigenschattierungsgefahr kompakt auf dem Achsrohr platziert werden und sind auch leicht zur Reinigung zugänglich.

Ein Verfolger für eine vertikale Achse schwenkt nur um eine vertikale Achse, wobei die Platten entweder vertikal, in einem festen, einstellbaren oder verfolgten Elevationswinkel sind. Solche Nachführsysteme mit festen oder (jahreszeitlich) einstellbaren Winkeln eignen sich für hohe Breitengrade, wo der scheinbare Sonnenweg nicht besonders hoch ist, aber im Sommer zu langen Tagen führt, wobei die Sonne einen langen Bogen zurücklegt.

Zweiachs-Tracker werden typischerweise in kleineren Wohneinrichtungen und Standorten mit sehr hohen staatlichen Einspeisetarifen verwendet.

Multi-Spiegel-Konzentration PV
Dieses Gerät verwendet mehrere Spiegel in einer horizontalen Ebene, um das Sonnenlicht nach oben zu einem Hochtemperaturphotovoltaik- oder anderen System zu reflektieren, das konzentrierte Sonnenenergie benötigt. Strukturelle Probleme und Kosten werden stark reduziert, da die Spiegel nicht signifikant Windlasten ausgesetzt sind. Durch den Einsatz eines patentierten Mechanismus werden für jedes Gerät nur zwei Antriebssysteme benötigt. Aufgrund der Konfiguration des Gerätes ist es besonders für den Einsatz auf Flachdächern und in niedrigeren Breiten geeignet. Die dargestellten Einheiten erzeugen jeweils ungefähr 200 Spitzen-DC-Watt.

Im Sierra SunTower in Lancaster, Kalifornien, wird ein Mehrfachspiegel-Reflexionssystem in Kombination mit einem zentralen Power Tower eingesetzt. Diese von eSolar betriebene Erzeugungsanlage soll am 5. August 2009 in Betrieb gehen. Dieses System, das mehrere Heliostaten in Nord-Süd-Ausrichtung nutzt, nutzt vorgefertigte Teile und Konstruktionen, um die Inbetriebnahme- und Betriebskosten zu senken.

Laufwerkstypen

Aktiver Tracker
Aktive Tracker verwenden Motoren und Getriebezüge, um eine Solarnachführung durchzuführen. Sie können Mikroprozessoren und Sensoren, datums- und zeitbasierte Algorithmen oder eine Kombination aus beiden verwenden, um den Sonnenstand zu erkennen. Um die Bewegung dieser massiven Strukturen zu steuern und zu steuern, werden spezielle Drehantriebe konstruiert und streng getestet. Die Technologien, die zur Steuerung des Trackers verwendet werden, entwickeln sich ständig weiter. Jüngste Entwicklungen bei Google und Eternegy umfassen die Verwendung von Drahtseilen und Winden, um einige der teureren und empfindlicheren Komponenten zu ersetzen.

Gegenläufige Drehantriebe, die eine feste Winkelhalterung aufnehmen, können verwendet werden, um eine „mehrachsige“ Nachführmethode zu schaffen, die eine Drehung relativ zur Längsausrichtung eliminiert. Wenn diese Methode an einer Säule oder Säule angebracht wird, wird mehr Strom erzeugt als bei einer festen PV, und ihre PV-Anlage wird niemals in eine Parkluftstrecke rotieren. Es ermöglicht auch eine maximale Solarstromerzeugung in nahezu jeder Parkplatz-Lane / Reihen-Orientierung, einschließlich kreisförmig oder krummlinig.

Aktive Zweiachsen-Tracker werden auch zur Ausrichtung von Heliostaten verwendet – bewegliche Spiegel, die das Sonnenlicht zum Absorber eines zentralen Kraftwerks reflektieren. Da jeder Spiegel in einem großen Feld eine individuelle Ausrichtung hat, werden diese programmgesteuert durch ein zentrales Computersystem gesteuert, das es auch ermöglicht, das System bei Bedarf herunterzufahren.

Lichtabtastende Nachführeinrichtungen weisen typischerweise zwei oder mehr Fotosensoren auf, wie zum Beispiel Photodioden, die differentiell konfiguriert sind, so dass sie eine Null ausgeben, wenn sie den gleichen Lichtfluss empfangen. Mechanisch sollten sie omnidirektional (dh flach) sein und 90 Grad auseinander stehen. Dies bewirkt, dass der steilste Teil ihrer Cosinus-Übertragungsfunktionen an dem steilsten Teil balanciert, was zu maximaler Empfindlichkeit führt.

Passiver Tracker
Die gebräuchlichsten Passive Tracker verwenden ein komprimiertes Gasfluid mit niedrigem Siedepunkt, das auf die eine oder andere Seite getrieben wird (durch Sonnenwärme, die einen Gasdruck erzeugt), um den Tracker als Reaktion auf ein Ungleichgewicht zu bewegen. Da es sich um eine nicht präzise Ausrichtung handelt, ist es für bestimmte Arten von konzentrierenden Photovoltaikkollektoren ungeeignet, funktioniert aber für gängige PV-Paneltypen gut. Diese haben viskose Dämpfer, um eine übermäßige Bewegung als Reaktion auf Windböen zu verhindern. Shader / Reflektoren werden verwendet, um frühmorgendliches Sonnenlicht zu reflektieren, um das Panel zu „wecken“ und es zur Sonne zu neigen, was fast eine Stunde dauern kann. Die Zeit, um dies zu tun, kann stark reduziert werden, indem ein selbstauslösender Halt hinzugefügt wird, der das Paneel etwas über den Zenit hinaus positioniert (so dass die Flüssigkeit die Schwerkraft nicht überwinden muss) und die Abspannung am Abend verwendet. (Eine schlaff ziehende Feder verhindert ein Lösen bei windigen Nachtbedingungen.)

Ein neu aufkommender Typ eines passiven Trackers für photovoltaische Solarmodule verwendet ein Hologramm hinter Streifen von photovoltaischen Zellen, so dass Sonnenlicht durch den transparenten Teil des Moduls hindurchtritt und auf dem Hologramm reflektiert wird. Dadurch kann das Sonnenlicht von hinten auf die Zelle treffen und so die Effizienz des Moduls erhöhen. Außerdem muss sich das Panel nicht bewegen, da das Hologramm immer Sonnenlicht aus dem richtigen Winkel zu den Zellen reflektiert.

Manuelle Verfolgung
In einigen Entwicklungsländern wurden Antriebe durch Betreiber ersetzt, die die Tracker anpassen.Dies hat die Vorteile der Robustheit, da das Personal für die Instandhaltung zur Verfügung steht und Arbeitsplätze für die Bevölkerung in der Umgebung des Standorts schafft.