Ngành công nghiệp

Theo dõi mặt trời: trình theo dõi hệ thống điện mặt trời

Theo dõi mặt trời: trình theo dõi hệ thống điện mặt trời

Hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời của NEXTracker (Ảnh: NEXTracker)

Máy theo dõi năng lượng mặt trời là một thiết bị định hướng hệ thống PV, đặc biệt là một hệ thống lắp đặt lớn như trang trại năng lượng mặt trời, hướng về phía mặt trời để cho phép nó thu được nhiều năng lượng mặt trời hơn so với cách làm nếu không có thiết bị như vậy. Về bản chất, theo dõi là giảm thiểu góc tới giữa ánh sáng mặt trời tới và một mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Các tấm pin mặt trời có thể thu nhận phần khuếch tán của ánh sáng mặt trời, trên bầu trời xanh, điều này cũng tăng tương ứng khi trời nhiều mây, cũng như ánh sáng mặt trời trực tiếp và bộ theo dõi năng lượng mặt trời có thể tăng lượng năng lượng mặt trời thu được. Nói chung, các hệ thống theo dõi thường có thể thu được thêm 50% ánh sáng mặt trời vào mùa hè và 20% vào mùa đông, nhưng điều này khác nhau tùy theo vĩ độ.

Tuy nhiên, chúng thậm chí còn cần thiết hơn cho các nhà máy quang điện tập trung (CPV) và điện mặt trời tập trung (CSP), nơi chúng hỗ trợ các thành phần quang học của các hệ thống này, được thiết kế để nhắm mục tiêu thành phần trực tiếp của ánh sáng mặt trời. Điều này chiếm 90% năng lượng của mặt trời, do đó, các thiết bị theo dõi phải được định hướng thích hợp. Máy theo dõi độ chính xác cao có thể có độ chính xác ± 5 độ, có nghĩa là chúng có thể cung cấp hơn 99,6% năng lượng do chùm tia trực tiếp của mặt trời cũng như 100% ánh sáng khuếch tán. Tuy nhiên, các bộ theo dõi này có xu hướng không được sử dụng bởi các hệ thống PV không tập trung.

Trong những năm gần đây, việc triển khai của họ thường được kích thích bởi sự suy giảm ổn định của các biện pháp khuyến khích của chính phủ như thuế nhập khẩu cao cấp (FiT). Do đó, các khoản thanh toán cho năng lượng tái tạo đã giảm xuống, vì vậy các nhà phát triển dự án đã bù đắp bằng cách tìm cách tối đa hóa sản lượng.

Có hai loại trình theo dõi cơ bản: trục đơn và trục kép và những loại này có thể khác nhau về hình thức của chúng để thực sự có nhiều loại trình theo dõi, tất cả đều được thiết kế cho các tình huống cụ thể và mức hiệu suất mong muốn.

Trình theo dõi trục đơn đi theo hướng mặt trời từ đông sang tây trong khi trục kép cũng có thể nghiêng để giải thích sự khác biệt giữa các góc của mặt trời vào mùa đông và mùa hè. Đã có một lượng lớn cuộc tranh luận trong ngành về hiệu quả của bộ theo dõi trục kép do độ phức tạp ngày càng tăng của chúng và sự khác biệt tương đối nhỏ trong việc thu thập hàng năm giữa hai loại bộ theo dõi. Một đánh giá về số liệu thống kê sản xuất từ ​​Ontario cho thấy sự khác biệt tổng cộng chỉ khoảng 4%, so sánh phần nào không thuận lợi với sự cải tiến do bộ theo dõi trục đơn cung cấp trên một mảng cố định (24 đến 32%). Tuy nhiên, các thiết bị theo dõi trục kép có thể đạt được sản lượng từ 40 đến 45 phần trăm trên một mảng mái cố định trong các tình huống có rất ít ô nhiễm trong khí quyển (‘độ trong cao’). Thật không may, hầu hết các khu vực ở các nước phát triển đều có mức Chỉ số Độ trong suốt là 0,5 hoặc thấp hơn.

Máy theo dõi trục kép tại nhà máy PV Sevilla ở Tây Ban Nha (Ảnh: afloresm, Flickr)

Máy theo dõi một trục nằm ngang có trục quay nằm ngang so với mặt đất. Điều này có nghĩa là yêu cầu duy nhất về khoảng cách là giữ cho các trục quay song song với nhau. Một số máy theo dõi trục đơn nằm ngang có các mô-đun nghiêng có thể giúp tiết kiệm không gian do đó giảm thiểu chi phí tổng thể của dự án. Trình theo dõi có trục quay giữa ngang và dọc được gọi là trình theo dõi trục đơn nghiêng. Chúng thường có mặt của mô-đun được định hướng song song với trục quay

Trình theo dõi trục đơn dọc có xu hướng hiệu quả hơn ở vĩ độ cao hơn trình theo dõi trục ngang. Chúng thường có mô-đun nghiêng một góc so với trục quay, do đó quét một hình nón quay đối xứng xung quanh trục quay.

Bộ theo dõi trục kép nghiêng đầu (TTDATs) được gắn trên các cực với chuyển động đông-tây quay quanh cực với ổ trục hình chữ T hoặc H cho phép quay dọc.

Trình theo dõi trục kép độ cao phương vị (AADATs) có trục phương vị thẳng đứng so với mặt đất. Họ sử dụng một vòng lớn gắn trên mặt đất với mảng được gắn trên các con lăn. Điều này có nghĩa là trọng lượng của mảng được phân phối trên một phần của vòng chứ không phải trên cực, do đó cho phép chúng hỗ trợ các mảng lớn hơn nhiều. Tuy nhiên, đường kính của vòng sẽ xác định khoảng cách và do đó có thể làm giảm mật độ của các mảng.

Bộ theo dõi thụ động sử dụng chất lỏng khí nén có nhiệt độ sôi thấp để điều khiển nó xung quanh nhằm điều chỉnh sự mất cân bằng. Các hệ thống này cũng sử dụng bộ đổ bóng / phản xạ phản ứng với ánh sáng mặt trời vào buổi sáng sớm để 'đánh thức' tấm pin mặt trời và nghiêng nó về phía mặt trời.

Cuối cùng, có một công cụ theo dõi thời gian quay một mảng mặt trời theo hướng ngược lại với hướng quay của Trái đất.

Các thiết bị theo dõi hướng xung quanh bảng điều khiển năng lượng mặt trời thông qua một hệ thống động cơ và bánh răng. Chúng được vận hành bởi một bộ điều khiển phản ứng với hướng di chuyển của mặt trời. Họ cũng sử dụng truyền động quay vòng (truyền động quay vòng là một loại hộp số có thể giữ tải trọng hướng tâm và hướng trục) để quản lý chuyển động của họ. Trong một nhà máy điện mặt trời tập trung (CSP), các bộ theo dõi trục kép được điều khiển bởi một máy tính trung tâm, quản lý các gương có thể di chuyển được gọi là heliostats phản xạ ánh sáng đến trạm điện trung tâm.

Trung tâm Năng lượng Mặt trời Thế hệ Tiếp theo DeSoto của Công ty Điện lực & Ánh sáng Florida tại Arcadia Florida, dựa trên hệ thống theo dõi SunPowerAE TO (Ảnh: Usina Fotovoltaica, Flickr)

Cũng có sự khác biệt trong cách cài đặt chúng. Ví dụ: 'móng nổi' không cần móng bê tông vì nó chỉ nằm trên mặt đất, thường là trên một cái chảo sỏi. Điều này có nghĩa là chúng có thể được lắp đặt tại các bãi chôn lấp hoặc các địa điểm khác, do đó tăng số lượng các địa điểm mà chúng có thể được sử dụng.

Theo dõi hầu hết phù hợp cho các ứng dụng năng lượng mặt trời thương mại và công nghiệp lớn và ít phù hợp hơn cho các hệ thống sân thượng dân dụng. Khi hệ thống theo dõi được lắp đặt trên các mái nhà dân dụng, chúng phải được đặt lệch khỏi mái nhà để cho phép chuyển động của các tấm. Điều này làm tăng tải trọng gió và đòi hỏi một hệ thống giá đỡ đắt tiền. Cũng có những cân nhắc về mặt thẩm mỹ có thể có liên quan. Ngay cả trên các trang web quy mô lớn, các bộ theo dõi yêu cầu sử dụng diện tích lớn hơn so với các hệ thống cố định bởi vì sự chuyển động của các tấm có thể tạo ra bóng trên các tấm khác nếu chúng không được bố trí phù hợp. Tuy nhiên, những lợi ích kết hợp của việc theo dõi năng lượng mặt trời, cải thiện hiệu suất pin mặt trời và những tiến bộ sáng tạo như màng mỏng chắc chắn đã có tác dụng chuyển năng lượng mặt trời gần ngang bằng với lưới điện hơn với nhiên liệu hóa thạch, một số người nói trong vòng vài năm.

Vấn đề chính với các trình theo dõi là chúng tăng chi phí. Do đó, nếu một hệ thống theo dõi tăng thêm 25% chi phí dự án đồng thời cải thiện sản lượng 25%, thì có thể lập luận rằng có thể đạt được cùng một mức hiệu suất chỉ bằng cách tăng kích thước của hệ thống. Điều này cũng giúp loại bỏ việc bảo trì bổ sung cần thiết cho hệ thống theo dõi. Khi chi phí năng lượng mặt trời tiếp tục giảm, hiệu quả chi phí của việc lắp đặt hệ thống theo dõi có thể giảm xuống. Một vấn đề khác là các động cơ của hệ thống theo dõi phải được bảo trì liên tục, đó là nơi các hệ thống sáng tạo hơn ra đời sẽ duy trì một lợi thế quan trọng. Điều này được công nhận rộng rãi trong ngành. Ví dụ, Scott Dailey, giám đốc dự án bộ theo dõi tại First Solar, phát biểu với Thế giới Năng lượng tái tạo vào năm 2013, lập luận rằng bộ theo dõi trục kép chỉ thực sự được triển khai ở các thị trường có mức thuế nhập khẩu cao (FiT), vì doanh thu tăng lên nhờ tối đa hóa sản lượng có xu hướng bù đắp các hoạt động và chi phí bảo trì cao hơn.

Khi chúng lần đầu tiên được giới thiệu trên thị trường, các hệ thống theo dõi thường khá cồng kềnh và không đáng tin cậy. Nhiều thiết bị theo dõi được lắp đặt ở Châu Âu trong thời kỳ bùng nổ Biểu thuế đầu vào (FiT) đã gặp phải các vấn đề lớn về độ tin cậy, đôi khi có nhiều lần bị lỗi. Theo M J Shaio, nhà phân tích cấp cao tại GTM Research, cho đến một vài năm trước, thông thường các nhà phát triển muốn cài đặt trình theo dõi là những người sẵn sàng chấp nhận rủi ro nhiều hơn.

Tuy nhiên, gần đây các trình theo dõi đã trở nên sáng tạo hơn nhiều. Ví dụ: sử dụng GPS để tự động thiết kế lại. Các công ty như NEXTracker kết hợp hệ thống điều khiển vào thiết bị theo dõi của họ, theo dõi góc của từng hàng tấm pin mặt trời trong thời gian thực và báo cáo lại về độ chính xác của việc theo dõi để giữ cho các tấm pin luôn hướng trực tiếp vào mặt trời. Sản phẩm NX Horizon của công ty là một thiết bị theo dõi tự cung cấp năng lượng (SPT) có một động cơ khép kín, cho phép nó được triển khai trên từng hàng bảng, nhờ đó loại bỏ hệ thống dây điện và rãnh cũng như tiết kiệm điện năng.

Thật không may, một hệ thống theo dõi sáng tạo khác, QBotix, đã không thể đưa nó ra thị trường. QBotix bao gồm 200 thiết bị theo dõi với rô bốt, ý tưởng là mỗi rô bốt sẽ di chuyển đến từng trình theo dõi trên một ray đơn có điểm sạc cho rô bốt được tích hợp sẵn. Monorail cũng mang hệ thống dây điện cho toàn bộ hệ thống, do đó loại bỏ nhu cầu đào rãnh. Các rô bốt sẽ điều chỉnh các trình theo dõi riêng lẻ sau mỗi 40 phút trong suốt cả ngày và cũng thu thập dữ liệu về hiệu suất và độ tin cậy mà chúng có thể sử dụng để tối ưu hóa các trình theo dõi. Điều này nghe có vẻ khá ấn tượng, ngoại trừ việc công ty đã sụp đổ vào tháng 8 năm ngoái.

Tuy nhiên, những phát triển đổi mới trong theo dõi năng lượng mặt trời đang khiến nó trở nên hấp dẫn hơn nhiều, đặc biệt là ở những khu vực có bức xạ mặt trời cao. Chi phí bảo trì cũng bắt đầu giảm khi công nghệ được cải thiện. Nhiều dự án hiện đang sử dụng trình theo dõi và thị trường đang phát triển. Trên thực tế, các dự đoán hiện tại cho thấy một thị trường theo dõi trị giá 6 tỷ đô la vào năm 2020. Điều đó khá ấn tượng.


Xem video: Đầu tư điện mặt trời: Bài toán lãi lỗ. VTC16 (Tháng Sáu 2021).