Статичные панели не могут работать 24/7 (круглосуточно) на 100%, поскольку положение Солнца в течение дня постоянно меняется. Дело в том, что Солнце встает на востоке, проходит зенит и уходит на запад, а солнечные панели смотрят в одну сторону весь световой день. Только несколько часов в сутки панель работает на полную мощность.

Именно эту проблему устраняет трекер для солнечных панелей — система слежения за Солнцем, которая разворачивает модули вслед за солнечными лучами. Сегодня трекерные системы — стандарт для промышленных и сетевых солнечных электростанций.

Что такое солнечный трекер?

Солнечный трекер — это комплексная электромеханическая система, обеспечивающая постоянную перпендикулярную ориентацию фотоэлектрических модулей относительно солнечных лучей. Угол наклона и поворот конструкции меняются автоматически — без участия человека, в режиме реального времени.

Уникальность системы — в ее «интеллекте». Это автономный комплекс с датчиками освещенности, модулями со спутниковой навигацией (GPS), микроконтроллерами и двигателями, которые самостоятельно отслеживают путь солнечных лучей и адаптируются к изменениям условий. 

Из каких элементов состоит устройство слежения за Солнцем?

Контроллер — центральный «мозг» системы. Получает данные от датчиков и спутниковой навигации (GPS), рассчитывает оптимальный угол наклона и ориентацию модулей, отдает команды приводам. Работает по астрономическим алгоритмам и вносит точные поправки на основе показателей освещенности в реальном времени.

Приводы — электромеханические устройства, непосредственно выполняющие поворот конструкции. Бывают линейными (поступательное движение) и роторными (вращение). От качества привода зависит надежность и ресурс всей системы.

Датчики освещенности — фиксируют интенсивность солнечного излучения с разных направлений. На их основе контроллер определяет текущее положение Солнца и корректирует ориентацию панелей.

Модуль со спутниковой навигацией (GPS) — позволяет системе точно рассчитывать траекторию Солнца исходя из географического положения станции, времени года и суток. Это критично в пасмурную погоду, когда датчики освещенности не могут «увидеть» источник излучения.

Конструкция опор — металлическая рама, удерживающая фотоэлектрические модули и обеспечивающая их поворот. Для наземных станций опора монтируется на сваях или фундаменте. Конструкция должна выдерживать нагрузки от ветра с учетом динамического положения панелей.

Метеостанция — отдельный элемент, который есть на каждой современной СЭС с трекерной системой. При усилении ветра сверх допустимого порога модули автоматически переводятся в «штормовую» позицию: становятся параллельно земле с нулевым углом наклона. Минимальное лобовое сопротивление — и никакой ураган не угрожает конструкции.

Как работает автоматическое слежение за Солнцем?

Система непрерывно работает в двух режимах одновременно.

Астрономический (программный) режим. Контроллер рассчитывает положение Солнца на небосводе по координатам станции, дате и времени. Это обеспечивает правильную ориентацию модулей даже в облачную погоду — когда датчики не фиксируют прямого излучения, алгоритм знает, где Солнце должно находиться, и удерживает панели в нужном положении.

Сенсорный режим. Датчики освещенности сравнивают интенсивность инсоляции с нескольких направлений. Если с одной стороны она выше, контроллер командует приводу довернуть конструкцию. Цикл занимает секунды: датчик зафиксировал отклонение, контроллер рассчитал поправку, привод скорректировал угол наклона, ориентация оптимальна.

Посмотреть, как это выглядит в действии на реальной СЭС, можно в видеоролике с Борзинской солнечной электростанции.

Виды трекеров

Одноосные — промышленный стандарт

Поворот происходит вокруг одной горизонтальной оси — с востока на запад, вслед за суточным движением Солнца. Конструкция проще, надежнее, дешевле в обслуживании. Именно одноосные трекеры применяются на сетевых и промышленных СЭС, поскольку это оптимальное соотношение прироста выработки, стоимости и эксплуатационных затрат.

Двухосные — максимум точности

Система отслеживает движение Солнца сразу по двум осям: горизонтальной (суточное движение) и вертикальной (сезонное изменение высоты над горизонтом — летом оно выше, зимой ниже). Теоретически двухосные трекеры обеспечивают несколько большую выработку, однако конструкция сложнее и дороже, а обслуживание — объемнее.

По типу привода

Электромеханические приводы — наиболее распространенное решение для промышленной генерации: точные, надежные, хорошо поддаются автоматизации. Гидравлические применяются там, где требуется плавный поворот при высоких ветровых нагрузках. Пассивные (на основе теплового расширения газа) не требуют электроэнергии, но менее точны и используются в небольших установках.

Какие преимущества дает солнечный трекер — разбираем по пунктам

1. Выработка растет до 25%

Главный аргумент в пользу трекерной системы — цифры. Постоянная перпендикулярная ориентация фотоэлектрических модулей относительно солнечных лучей увеличивает выработку электроэнергии в среднем на 20–25% по сравнению с фиксированными установками.

2. Более длинный световой день

Фиксированная панель эффективно работает только тогда, когда Солнце находится близко к перпендикуляру ее поверхности — несколько часов в сутки. Трекер «захватывает» лучи с самого восхода и удерживает оптимальный угол наклона до заката. Суточная выработка растет не только за счет пиковых часов, но и за счет утренних и вечерних часов, которые при фиксированном монтаже фактически теряются.

3. Адаптация к сезонам

Угол наклона Солнца к горизонту меняется в течение года: летом оно стоит высоко, зимой — низко. Двухосные трекеры компенсируют это автоматически. Одноосные системы в сочетании с астрономическим контроллером также учитывают сезонные изменения траектории светила, поддерживая оптимальную ориентацию без ручной регулировки.

4. Меньше панелей для той же мощности

Трекерные системы требуют большей площади для монтажа и движения конструкций, однако за счет повышенной эффективности каждого модуля для достижения нужной установленной мощности может потребоваться меньше панелей. Это косвенно влияет на использование земли и снижает удельные затраты на оборудование.

5. Интеллектуальная автоматизация

Все работает автономно. Это исключает человеческий фактор и обеспечивает постоянную оптимизацию в любых условиях.

6. Защита от ураганов

Каждая СЭС с трекерной системой оснащена метеостанцией. При превышении допустимой скорости ветра контроллер автоматически переводит модули в горизонтальное положение с нулевым углом наклона. Лобовое сопротивление — минимальное. Конструкция выдерживает шторм, после которого система самостоятельно возвращается в рабочий режим.

Области применения трекеров солнечных панелей

• Сетевые электростанции — основная сфера применения. Здесь трекеры раскрывают потенциал полностью: большие площади, промышленные объемы выработки, прямая зависимость дохода от каждого киловатт-часа. 
• Промышленная генерация — объекты, обеспечивающие электроэнергией производственные предприятия. Более стабильный и плоский суточный график генерации лучше соответствует равномерному потреблению производства в течение рабочего дня.
• Агровольтаика — совмещение солнечной генерации и сельскохозяйственного использования земли. Трекеры позволяют динамически управлять затенением посевов в жаркие часы, снижая испарение влаги.
• Научные и метеорологические станции — объекты, требующие точного позиционирования оборудования относительно Солнца.

А когда стоит использовать трекер, а когда нет?

Трекер оправдан, если:

• объект наземный с достаточной площадью для движения конструкций;
• станция промышленная или сетевая, где выработка напрямую влияет на экономику проекта;
• регион с высоким уровнем прямой инсоляции;
• проект рассчитан на длительный срок эксплуатации — 20–25 лет, за которые дополнительная выработка многократно окупает вложения в трекерную систему.

Фиксированный монтаж предпочтительнее, если:

• объект кровельный с ограниченным пространством;
• бюджет проекта жестко ограничен;
• регион с преимущественно диффузной инсоляцией (густая облачность большую часть года), при которой преимущество трекера снижается;
• небольшая мощность установки, при которой затраты на трекерную механику не окупаются.

Что часто спрашивают

Солнечные панели с трекером или без — что лучше?

Для наземных промышленных и сетевых СЭС — с трекером. Для небольших кровельных установок фиксированный монтаж проще, дешевле и вполне достаточен.

Насколько увеличивается выработка электроэнергии?

В среднем на 20–25% по сравнению с аналогичной установкой с фиксированным углом наклона. Точная цифра зависит от географии объекта, типа трекера и климатических условий региона.

Работают ли трекеры зимой?

Да. Астрономический контроллер рассчитывает положение Солнца по дате и координатам. Зимой трекер удерживает соответствующий угол наклона модулей и продолжает максимизировать сбор доступного излучения.

Можно ли установить трекер на готовую станцию?

Технически — да, но экономически это редко оправдано. Трекерная система требует переработки конструкции опор, прокладки силовых и сигнальных кабелей, установки контроллеров и метеостанции. Модернизация готовой фиксированной СЭС под трекерный монтаж по стоимости сопоставима с новым строительством. В «Юнигрин Энерджи» трекеры проектируются в составе станции изначально.

А нужно ли обслуживание?

Да, плановое: проверка и смазка механических узлов привода, диагностика контроллеров и датчиков, проверка крепежных элементов конструкции.