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太阳能电池板跟踪系统的工作原理

如果我们想了解太阳能电池板跟踪系统是如何工作的,我们可能会将其视为一种仿生学形式,其想法直接从自然界中获取。向日葵是一种快速生长的植物,在不到 6 个月的时间里,它的高度达到了 5 英尺到 12 英尺。关于向日葵最有趣的不是它的生长速度有多快,或者它的种子几乎总是按照斐波那契序列(Fibonacci sequence)的模式形成,而是植物跟着太阳生长,直到它变老和停止。该过程被称为日光性,它指的是植物或其部分响应太阳方向的运动。如果你在黎明时观看向日葵,它总是朝东等待太阳升起。全天,它都会随着太阳的移动而移动。向日葵的作用是最大限度地利用植物从太阳光中提取的能量。它是大自然中植物自己的太阳能板跟踪形式。

这种高效收集太阳能量的方法也可用于今天的太阳能电池板,这一过程被称为太阳能跟踪。我们感兴趣的是了解使用太阳能电池板跟踪系统与大多数安装中安装的固定太阳能电池板相比有多大益处。固定太阳能电池板和太阳能电池板跟踪系统相可以比作老旧的VHS录像带和DVD系统相比?为了试图回答这个问题,我们求助于世界上领先的太阳能跟踪公司 NEXTracker。

太阳能电池板跟踪系统的工作原理

成立于 2013 年的加州弗里蒙特初创公司 NEXTracker 在 2015 年被 Flex (FLEX) 以 3.3 亿美元收购之前,已经获得了约 4700 万美元的资金。如今,该公司提供世界上最先进的单轴太阳能跟踪器的设计、制造、建造和服务,据GTM Research的数据,该公司被认为在这一领域占据主导市场份额,在2017年以兆瓦计的全球光伏跟踪器市场中占33%。当涉及到太阳跟踪时,我们有很多方法可以跟踪太阳。为了确定哪种方法获得最具有市场,我们可以按类型查看跟踪器出货量的市场细分:

太阳能电池板跟踪系统的工作原理
按类型划分的太阳能电池板跟踪系统 – 来源:GTM 研究

看来,“分散辅助模块”跟踪器正在迅速取代其他类型的跟踪方法。让我们通过观察NEXTracker的太阳能电池板跟踪系统TrueCapture来了解更多关于这些类型的跟踪器的工作原理,这是一种智能的自动调节跟踪控制系统,可以将典型太阳能电站产生的能量提高2-6%。系统的第一个组件是用于旋转面板的电机。

太阳能电池板跟踪系统的工作原理

我们知道跟踪依靠倾斜面板来跟随太阳 – 或者更好 – 在考虑到天气条件等因素的基础上,根据可用光线可以计算出太阳能电池板的最佳角度。我们在上面的图表中注意到的第一件事是“双轴”跟踪器正在逐渐退出历史舞台。这些追踪器可以左右上下移动。NEXTracker 销售的跟踪器是单轴跟踪器,它利用一个电机来倾斜整排面板。每一排独立于其他排运行,但所有排都在一起工作。下面是这样工作的原因。

每排的一台独立电机(配有专用太阳能电池板以提供电力)由配套的控制器操作,该控制器承载智能控制电子设备,该电子设备可定位每排太阳能电池板以获得最大产量。

太阳能电池板跟踪系统的工作原理
倾斜太阳能电池板的自供电马达 – 来源:NEXTracker

安装方便快捷,无需传动轴、额外布线、接地或焊接。单排最多可以支持 90 个面板。结构部件的保修期为 10 年,驱动和控制系统的保修期为 5 年。控制器单元通过无线 Zigbee 网状网络相互连接并连接到云端。这就是现在可以使用人工智能分析生成的所有大数据的地方。

机器学习和太阳跟踪

回到 2016 年,NEXTracker 收购了一家机器学习公司(他们没有说是哪家),这样他们就可以开始分析他们的跟踪系统生成的所有数据。这就是他们所说的“TrueCapture的生命线”。专有的智能面板传感器安装在每个太阳能电池板行的末尾,以提供每个跟踪器行的实时阴影信息,然后由构建虚拟3D模型的机器学习算法进行处理。该系统甚至集成了最新的天气预报,以便计算并向每一行发送优化的跟踪命令。时间越长,生成的数据越多,机器学习算法的效率就越高。

这些是关于像TrueCapture这样的太阳能电池板跟踪系统如何使太阳能发电厂受益的基础。在技术细节方面,我们几乎没有提及太多,因此,如果您想了解更多关于实际案例研究的信息,请随时查看Nextracker的演示文稿,他们正在研究的其他技术包括双面太阳能电池板,以及他们的附加储能产品,像钒液流电池这样的储能产品,我们以前写过的一种储能电池。

太阳能电池板跟踪技术的发展

我们知道“分散式辅助模块”太阳能电池板跟踪系统正在迅速获得市场份额,NEXTracker也领先于此。问题仍然存在,太阳能跟踪系统是太阳能发电厂的革新技术吗?回顾 GTM 的研究成果,2017 年全球太阳能追踪器的发货量达到了创纪录的 14.5 千兆瓦。这意味着太阳能跟踪系统同比增长 32%。而且,能负担得起这种技术的不仅仅是富裕国家。墨西哥和巴西是全球增长最快的两个太阳能市场,每个市场 2017 年的跟踪器出货量都超过了 1.5 亿瓦。看看这个太阳能发电厂的规模,NEXTracker 已经部署了他们的技术(图片取自他们的一张幻灯片):

太阳能电池板跟踪系统的工作原理

当然,为了衡量增长,我们需要了解2017年上线的太阳能利用率是多少。虽然我们没有确切的数字,但我们有足够接近的数据,以及一些我们将留给您的同样有见地的事实:

结论

前一段时间,我们停止使用来自所有研究公司的前瞻性市场规模估计,因为这种估计差异如此之大。像其他人一样提供一些猜测完全没有意义。相反,我们喜欢看历史的发展,并使用一些普通常识。太阳能电池板跟踪系统似乎有意义,因为无论您使用太阳能电池板的效率如何,它们肯定会为你提高效率。只要投资回报率(ROI)合理,这将是获得一些附加能源收益的好方法。对于很多太阳能发电公司来说,看起来确实如此。

 

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