Controles de seguimiento solar

El control de seguimiento solar significa que al controlar la dirección de rotación del panel solar, el panel solar siempre está frente al sol, absorbiendo así más energía solar para mejorar la eficiencia de generación de energía del módulo solar PV.

Debido a la rotación de la tierra, el ángulo de la luz del sol cambia de vez en cuando durante las estaciones de primavera, verano, otoño e invierno del año, así como al amanecer y al atardecer todos los días. Por lo que la eficiencia del sistema de generación de energía fotovoltaica será óptima si los paneles solares están efectivamente orientados al sol en todo momento en relación con una ubicación fija.

Métodos de control de seguimiento solar

Actualmente, varios tipos de sistemas de control de seguimiento solar se pueden dividir en dos categorías: sistemas de seguimiento mecánico y sistemas de seguimiento controlados electrónicamente. Los sistemas de seguimiento mecánico son generalmente diferenciales de presión, mientras que los sistemas de seguimiento controlados electrónicamente se pueden dividir en sistemas de control de seguimiento de detección fotoeléctrica y sistemas de seguimiento de movimiento solar. La siguiente es una breve introducción a estos sistemas respectivamente:

(1) Seguimiento de la diferencia de presión

El seguimiento diferencial de presión se refiere al hecho de que cuando la luz solar irradiada por humanos se desvía, los dos lados del contenedor cerrado producirán una cierta diferencia de presión debido al área de recepción de luz diferente, y bajo la acción de la diferencia de presión, el dispositivo de seguimiento se realineará con el sol. Según los diferentes medios contenidos en el contenedor cerrado, el seguimiento del diferencial de presión se puede dividir en diferencial de gravedad, diferencial de aire y tipo hidráulico.

El principio básico de funcionamiento del sistema es: cuando el sistema de seguimiento no está alineado con el sol, es decir, la luz solar no brilla verticalmente en el sistema, los dos lados del contenedor cerrado dentro del sistema están sujetos a diferentes áreas de luz, Y los medios sufrirán los cambios físicos correspondientes debido a la luz diferente, lo que resultará en una presión diferente, formando así una diferencia de presión en ambos lados. Bajo la acción de esta diferencia de presión, el sistema de control de seguimiento hace la dirección correspondiente de movimiento y reajuste hasta que la presión en ambos lados es la misma. En este punto, ambos lados del contenedor están sujetos a la misma luz y el sistema está alineado con el sol. Según el medio almacenado en el contenedor cerrado, el sistema de seguimiento solar diferencial de presión se puede dividir en diferencial hidráulico, diferencial de aire, diferencial de gravedad, etc. Este tipo de sistema de control de seguimiento es simple en estructura, de bajo costo, sin piezas de control electrónico y fuente de alimentación externa, y es un sistema de control mecánico puro. Sin embargo, este sistema tiene limitaciones, generalmente solo se puede usar para el sistema de seguimiento de un solo eje, la precisión del seguimiento es muy baja. Por lo tanto, este sistema solo se utiliza en la baja demanda de los usuarios generales.

(2) control de seguimiento solar de detección fotoeléctrica

El sistema de control de seguimiento solar de detección fotoeléctrica utiliza fototubos de silicio fotosensibles, fotocélulas de silicio y otros componentes, los dispositivos fotoeléctricos comunes son células fotoeléctricas, diodos fotográficos y fototriodos. En la actualidad, los sistemas de seguimiento fotoeléctrico doméstico más comúnmente utilizados son eléctricos, de gravedad, de tipo electromagnético. Estos sistemas de control de seguimiento fotoeléctrico están utilizando componentes fotosensibles como sensores. En este tipo de sistema de control de seguimiento, el sensor generalmente se instala en el tablero de luz o en la posición fija, a través de la rotación del motor para ajustar la posición del tablero de luz para que el tablero de luz esté frente al sol. Cuando el sol se mueve hacia el oeste, la placa de luz también sigue la compensación, el sensor fotoeléctrico emitirá un cierto valor de voltaje o corriente debido a la luz solar, como la señal de entrada, amplificada por el circuito del amplificador, La rotación del motor para ajustar el ángulo del tablero de la luz solar para que el sistema de seguimiento alineado con el sol. El seguimiento del tipo de sensor fotoeléctrico tiene las ventajas de alta sensibilidad y respuesta rápida, y el diseño de la estructura mecánica es relativamente simple, pero es fácil verse afectado por el clima. Si hay un día nublado o las nubes cubren el sol, los rayos del sol se dispersarán, lo que conducirá a que el sistema de control de seguimiento no se pueda alinear con la posición real del sol, e incluso causará la acción incorrecta del actuador, por lo que el seguimiento falla.

(3) Control de seguimiento de trayectoria de movimiento de día de vista

De acuerdo con el número de ejes del sistema de seguimiento, hay dos tipos de seguimiento de un solo eje y de doble eje. Seguimiento de un solo eje: ① arreglo de inclinación este-oeste de seguimiento; ② disposición horizontal de línea focal norte-sur, seguimiento este-oeste; ③ línea focal este-oeste disposición horizontal norte-sur de seguimiento. Estas tres formas son la rotación de un solo eje de seguimiento norte-sur o este-oeste, el principio de funcionamiento es básicamente similar. El eje (o línea focal) del sistema de seguimiento está dispuesto de norte a sur, y de acuerdo con el cambio del ángulo de declinación solar calculado de antemano, el espejo parabólico de la columna gira alrededor del eje para cabecear e inclinar para rastrear el sol. Con el seguimiento de un solo eje, solo la luz solar del mediodía es perpendicular al autobús de la columna paraboloide, cuando el flujo de calor es máximo; y la luz solar es oblicua por la mañana o por la tarde. La ventaja del seguimiento de un solo eje es la simplicidad de la estructura, pero el efecto de la recolección de energía solar no es muy satisfactorio porque los rayos emitidos por humanos no siempre pueden ser paralelos al eje óptico principal.

El seguimiento de doble eje es la capacidad de rastrear el sol tanto en los cambios en la altitud solar como en el ángulo de declinación. El seguimiento de doble eje se puede dividir en dos formas: seguimiento completo del eje polar y seguimiento completo del ángulo de altitud-ángulo azimut.

El seguimiento completo del eje polar significa que un eje del espejo apunta al polo norte de la tierra, que es paralelo al eje de rotación de la tierra, por lo que se llama eje polar; el otro eje es perpendicular al eje polar, que se llama eje de declinación. Cuando se trabaja, el espejo reflectante orbita el eje polar, y su velocidad de rotación se establece en el mismo tamaño y dirección opuesta que la rotación de la Tierra, que se utiliza para rastrear el movimiento solar aparente del sol; El espejo reflectante gira alrededor del eje de declinación para cabeceo e inclinación para adaptarse al cambio de ángulo de declinación, que generalmente se ajusta periódicamente según el cambio de estaciones. El método de seguimiento completo del eje polar no es complicado, pero el peso del reflector no pasa a través del eje polar en la estructura, y el diseño del dispositivo de soporte del eje polar es difícil.

El seguimiento solar de ángulo de altura-acimut también se conoce como seguimiento de dos ejes en el sistema de coordenadas del plano de tierra. Cuando el eje de acimut del colector es perpendicular al plano de tierra, el otro eje es perpendicular al eje de acimut, llamado eje de paso. Cuando el sistema fotovoltaico funciona, el colector gira alrededor del eje de acimut para cambiar el ángulo de acimut de acuerdo con el movimiento solar aparente del sol, y cambia el ángulo de inclinación del colector cabeceando alrededor del eje de paso, de modo que el eje óptico principal de la superficie del espejo reflectante sea siempre paralelo a los rayos del sol. Este sistema de seguimiento se caracteriza por una alta precisión de seguimiento, y el peso del dispositivo colector se mantiene en el plano donde se encuentra el eje vertical, y el diseño de la estructura de soporte es relativamente fácil.

Actualmente, la mayoría de los colectores solares existentes tienen un ángulo fijo hacia el cielo, y los diseñadores de sistemas fotovoltaicos necesitan calcular un ángulo local óptimo para lograr la máxima recolección de energía solar posible. Dado que el ángulo de altitud del sol varía con el tiempo en la práctica, el uso de dispositivos de seguimiento solar en sistemas fotovoltaicos puede mejorar en gran medida la utilización de la energía solar.

Tipos de control de seguimiento solar

El control de seguimiento solar se puede dividir en varias categorías según el tipo de control, una para el control de bucle abierto, otra para el control de bucle cerrado, además de un control híbrido que combina los dos.

El control de bucle abierto en la teoría de control se refiere a un. Una clase de control sin retroalimentación. Este tipo de control es un método de control basado en el tiempo que no requiere el uso de sensores para muestrear la intensidad de la luz, pero se basa en la información de longitud y latitud local, y ajusta el panel solar de acuerdo con diferentes momentos del día para rastrear el sol. El control de seguimiento de bucle abierto se basa en el hecho de que se determina la posición del sol en cualquier momento del día. Este tipo de sincronización asume que la trayectoria de la Tierra alrededor del sol es un círculo estándar para facilitar los cálculos de tiempo. Sin embargo, dado que la trayectoria de la Tierra alrededor del Sol es elíptica y la distancia Tierra-Sol cambia constantemente a lo largo del año, el cálculo asumiendo que la trayectoria de la Tierra alrededor del Sol es un círculo estándar está sujeto a ciertos errores.

El control de bucle cerrado es un método de control con retroalimentación en comparación con el control de bucle abierto, que se basa en el control de sensor fotosensible. El sistema de control detecta la intensidad de la luz solar en un momento determinado a través del sensor, y luego ajusta la dirección del panel solar de acuerdo con las diferentes condiciones climáticas para lograr la alineación deseada. Un método de control de bucle cerrado simple para el seguimiento solar es probar la intensidad de la luz en el lado frontal con un elemento fotosensible, y ajustar constantemente el ángulo del panel en una dirección (este-oeste o norte-sur), girándolo por un pequeño ángulo en la misma dirección cada vez, Y girarlo en la dirección correcta cuando la intensidad de la luz medida sigue fortaleciéndose. Cuando la intensidad de la luz medida cambió repentinamente de aumentar a disminuir, la dirección opuesta hacia atrás para girar el mismo ángulo, cuando el panel en la dirección del sol. Un inconveniente importante de este control de seguimiento es que si hay un objeto de oclusión durante el ciclo de seguimiento, puede conducir a un error de posicionamiento, que afecta a la precisión del seguimiento y el posicionamiento posteriores. Para superar este problema, se requiere un seguimiento bidireccional, es decir, no solo buscar en una dirección, sino también en la dirección opuesta, lo que aumenta la complejidad de cálculo y requiere un consumo de energía adicional.