قد تكون على دراية بالألواح الشمسية، ولكن هل تعرف أجهزة التتبع هذه؟ على الرغم من أنها أقل شهرة، إلا أنها لا تزال تُستخدم على نطاق واسع في الألواح الشمسية السكنية والتجارية بفضل تقنية احتجاز الطاقة الشمسية المُحسّنة. في هذه المدونة، سنناقش بشكل رئيسي أنواع أنظمة تتبع الطاقة الشمسية المختلفة ومزاياها.
أنواع أنظمة التتبع الشمسي
قبل فهم الأنواع، من المهم معرفة ماهية نظام التتبع الشمسي. لذا، فهو إعداد يضبط الألواح الشمسية تلقائيًا لمواجهة الشمس طوال اليوم. تشمل مكوناته خلايا ضوئية، ومعالجات إشارات، ووحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، وأجهزة استشعار، ووحدات تحكم حركة كهرومغناطيسية وميكانيكية، وإمدادات طاقة.
عندما تكون أشعة الشمس قوية، تستشعرها مستشعرات هذا النظام وترسل إشارات إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). بعد ذلك، تُقيّم وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة هذه الإشارات وتُرسل تعليمات إضافية إلى المحرك. بعد ذلك، تُدير اللوحة بواسطة المحرك لمواجهة الشمس مباشرةً. عندما يواجه الشمس مباشرة فإنه يولد المزيد من الطاقة مقارنةً بعدم مواجهة الشمس مباشرةً. الآن، لنلقِ نظرة على أنواع أنظمة تتبع الطاقة الشمسية المختلفة.
على أساس حركتها ومرونتها الاتجاهية، يمكن تصنيف هذه الأجهزة إلى الأنواع التالية:
1. أجهزة تتبع الطاقة الشمسية أحادية المحور
تعمل هذه المتتبعات على تحريك أو ضبط الألواح الكهروضوئية عن طريق تدويرهم على طول محور واحد فقط. عادةً ما يكون اتجاهه شمالاً وجنوباً. يساعد هذا الجهاز الألواح على تتبع الشمس من الشرق إلى الغرب أثناء حركتها على مدار اليوم.
باستخدام هذا، يُمكننا تعزيز كفاءة نظام الطاقة الشمسية الحالي دون عناء تركيب المزيد من الوحدات الشمسية. يُعدّ هذا النوع من أجهزة التتبع مثاليًا للمناطق المسطحة التي عادةً ما تكون جافة ومشمسة.
الآن، دعنا نستكشف الأنواع المختلفة من المتتبعات أحادية المحور مثل المتتبعات الرأسية والأفقية والمائلة والمحاذية القطبية.
أ) متتبع الطاقة الشمسية أحادي المحور الأفقي (HSAT): هذا يدور من الشرق إلى الغرب على محور ثابت موازٍ للأرض. هذه الأداة الاقتصادية قادرة على تتبع الحركة طوال اليوم دون الحاجة إلى هياكل أو مواد معقدة.
ب) متتبع الطاقة الشمسية أحادي المحور المائل أفقيًا (HTSAT):هذا المتتبع مشابه لـ HSAT ولكن يتم تثبيته مع إمالة. إنه أكثر تعقيدًا وتكلفةً نسبيًا، كما يتطلب أساسًا خرسانيًا، وبالتالي يصعب توسيعه.
ج) متتبع الطاقة الشمسية أحادي المحور الرأسي (VSAT):هذا يتبع الشمس من الشرق إلى الغرب ولكن يتم تثبيته أفقياتتميز هذه التقنية بقدرتها على الحفاظ على زاوية سقوط ثابتة للشمس، خاصةً في خطوط العرض الشمالية، ولذلك تُستخدم غالبًا في المناطق الجبلية. إلا أنها تعاني من بعض العيوب، مثل حاجتها إلى مساحة أكبر وانخفاض كثافة الطاقة لكل فدان.
د) متتبع الطاقة الشمسية أحادي المحور المائل رأسيًا (VTSAT): من لديه إمالة عمودية يدور حول محور عمودي. يمكنك استخدام هذه المتتبعات لتحسين حصاد الطاقة، ولكن تذكر أنها عرضة لزيادة حمل الرياح. مقارنةً بالمصفوفات الأفقية، تتطلب هذه المتتبعات متطلبات هيكلية أعلى وتستخدم مواد أكثر.
2. أجهزة تتبع الطاقة الشمسية ثنائية المحور
لقد سمحوا لك تدور الألواح على محورين. إنها مُحاذاة أفقيًا ورأسيًا، ما يُتيح تعديلها بسهولة في اتجاهات الشمال والجنوب والشرق والغرب. وتستخدم أجهزة استشعار وخوارزميات لمراقبة التغيرات المتعلقة بالفصول وارتفاع الشمس.
إنها مناسبة تمامًا للعقارات التجارية، إذ صُممت لزيادة إنتاج الطاقة الشمسية إلى أقصى حد على مدار العام. عادةً، يوجد نوعان من أجهزة التتبع ثنائية المحور، بناءً على الارتفاع:
أ) إمالة الطرف:لتتبع موقع الشمس، يمكن تحريكها في اتجاه الشرق والغرب (السمت) والأعلى والأسفل (الارتفاع).
ب) السمت والارتفاع:تسمح هذه الأجهزة الشمسية ثنائية المحور للألواح الشمسية بالتحرك في اتجاهين: السمت (شرق - غرب) والارتفاع (أعلى - أسفل).
انظر أيضا: 4 أنواع مختلفة من الألواح الشمسية
بناءً على كيفية عملها، تنقسم أجهزة تعقب الطاقة الشمسية هذه إلى فئتين رئيسيتين:
3. أجهزة التتبع النشطة
معظم أنظمة التتبع التي تراها نشطة. تحتوي على مصادر طاقة لتشغيل الأجهزة الميكانيكية أو المحركات. يمكنها المساعدة في ضبط زاوية اللوحة الخاصة بك بحيث يكون مواجهًا للشمس مباشرة.
يستخدم جهاز التتبع النشط مستشعرات ضوئية لقياس قوة ضوء الشمس. ثم يحدد أفضل اتجاه لألواحك. تُعد هذه الأجهزة مثالية للمجموعات الكبيرة والمعقدة من الألواح الشمسية. لنلقِ نظرة على نوعها:
متتبع الحلقة المفتوحة:وهو أيضًا نوع من أجهزة التتبع النشطة التي تعمل دون آليات تحكم تغذية راجعة. فبدلاً من استخدام تغذية راجعة آنية من المستشعر، تحريك الألواح الشمسية باستخدام حسابات محسوبة مسبقًا أو الخوارزميات. وينقسم أيضًا إلى نوعين فرعيين
- متتبعات مؤقتة
- أجهزة تتبع الارتفاع/السمت
إشارة الصليب: تصميم نظام تعقب الطاقة الشمسية أحادي المحور ذو الحلقة المفتوحة
4. أجهزة التتبع السلبية
إنها مذهلة لأنها قادرة على تتبع الشمس دون الحاجة إلى استخدام أي مصدر إضافي للطاقة. يتحرك الجهاز باستخدام حرارة الشمس، الذي يُسخّن الغاز الموجود بداخله. عندما يتمدد الغاز، يُحفّز حركة ميكانيكية للألواح الكهروضوئية.
آلية عملها بسيطة للغاية. عندما يسخن أحد الجانبين، يرتفع مكبس الجانب الآخر، مما يجعل اللوحة تميل نحو الجانب المشمس. عند غروب الشمس، يبرد الغاز ويُضغط مجددًا، مما يُعيد اللوحة إلى وضعها الطبيعي.
تطبيقات نظام التتبع الشمسي
لهذه الأنظمة تطبيقات متنوعة، وقد جمعنا أهمها وأدرجناها أدناه. لنلقِ نظرة.
1. زيادة توليد الكهرباء:بالمقارنة مع أنظمة أخرى مماثلة، فإن أجهزة تتبع الطاقة الشمسية قادرة على توليد المزيد من الكهرباء. يمكنها عزز إنتاج الطاقة لديك بنسبة 10% إلى 25%وهذا أمر بالغ الأهمية. ولكن تذكر أن هذا يعتمد على الموقع الجغرافي لنظام التتبع الخاص بك.
2. تحسين الأراضيتُعد هذه الأجهزة أدواتٍ رائعةً لتحسين استخدام الأراضي. مقارنةً بنظيراتها ذات المِزْلَة الثابتة، يُمكنها توليد المزيد من الكهرباء، مع الحفاظ على نفس مساحة الأرض.
3. تعظيم مكاسب الطاقةكما قرأنا وفهمنا خلال المدونة، يُمكن أن يكون هذا النظام مفيدًا جدًا في تعظيم مكاسبك من الطاقة. فهو يتبع مسار الشمس ثم يلتقط طاقتها بكفاءة طوال اليوم. وهذا يُصبح... مفيدة خلال ساعات الذروة.
4. تقليل مخاوف الصيانةلقد شهدنا تطورات تكنولوجية كبيرة ساهمت بشكل كبير في تقليل مشاكل الصيانة المتعلقة بأنظمة التتبع هذه. هذه النقطة تجعلها أكثر موثوقية وكفاءة.
5. تقليل التكاليف:هذا تطبيق رئيسي لأجهزة تتبع الطاقة الشمسية. تُحسّن هذه الأدوات كفاءة توليد الطاقة، مما يُقلل التكلفة الإجمالية المرتبطة بتوليد الطاقة الشمسية. كما أنها تُقلل الحاجة إلى ألواح شمسية إضافية، وتُتيح... أكثر فعالية من حيث التكلفة بالنسبة للناس.
قم أيضًا بالاطلاع على مدونتنا – ما هي الألواح الشمسية غير المتجانسة: آلية عملها وفوائدها
مزايا وعيوب نظام التتبع الشمسي أحادي المحور
دعونا نبدأ هذه المقارنة من خلال فهم مزايا نظام تتبع الطاقة الشمسية هذا-
- إنهم تماما موثوقة، وطويلة الأمد، وسهلة التركيب.
- بالمقارنة مع أجهزة التتبع ثنائية المحور، فإن أجهزة التتبع أحادية المحور أرخص في الشراء وكذلك في التشغيل.
- لديهم مشاكل صيانة أقل لأنها ليست معقدة للغاية.
- مع وجود عدد قليل من الأجزاء المتحركة، فإنها تتمتع بتصميم سهل الاستخدام إلى حد كبير.
- بالمقارنة مع الحوامل الثابتة التي تراها عادةً، فإن هذه المتتبعات تولد حوالي زيادة الطاقة السنوية بنسبة 17%.
- هم ليست مثل الألواح الشمسية الصلبة، يمكنهم إمالة زاويتهم لجمع الطاقة الشمسية.
- ويمكنهم أيضًا التكيف في المناطق التي تتعرض لأشعة الشمس بشكل أقل.
الآن دعونا نتحدث عن العيوب-
- بالمقارنة مع النماذج ثنائية المحور، الإنتاج خلال أوقات ذروة أشعة الشمس أقل.
- ويأتي مع إمكانات محدودة للتحديثات التكنولوجية.
- ورغم قدرتها على مساعدة الألواح الشمسية على تعديل ضوء الشمس والتقاطه من الشرق إلى الغرب، فإنها لا تستطيع التحرك من الشمال إلى الجنوب مثل أجهزة تتبع الطاقة الشمسية ثنائية المحور.
- تصبح هذه المتتبعات أقل فعالية بكثير عندما يواجهون الشماليحدث هذا لأن زاوية الشمس تتغير بشكل كبير بين الصيف والشتاء.
- كما أن أداء هذه المتتبعات ضعيف أيضًا في أوقات أخرى من العام عندما تكون الشمس في وضع أفقي. تعمل أجهزة التتبع أحادية المحور الرأسية بشكل أفضل في خطوط العرض العالية بالقرب من الشمال.
مزايا وعيوب نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور
هناك بعض الإيجابيات والسلبيات لهذا النظام التتبع، دعونا نبدأ أولاً بمناقشة مزاياه الرئيسية-
- هم تعظيم إنتاج الطاقة للوحة من خلال متابعة الشمس بشكل مستمر.
- كما أنها تساعد في التعامل مع قيود الطاقة الكهربائية.
- إنها فعّالة بما يكفي لتلبية احتياجاتك من الطاقة طوال اليوم. بل إنها قادرة على تخزين طاقة إضافية للاستخدام ليلاً.
- هم تتطلب مساحة إقامة أقللذلك، حتى لو كانت المساحة لديك لنظام الطاقة الشمسية محدودة، فلا يزال بإمكانك تثبيت هذه الأجهزة بسهولة.
- إنهم يمنحونك الفرصة لاستخدام المساحة المتبقية التي قمت بحفظها لأغراض إضافية أخرى بما في ذلك البستنة ومواقف السيارات وغيرها.
- وبالمقارنة بالألواح الثابتة، فإنها قادرة على توليد ما يقرب من 45 إلى 50% من الطاقة السنوية.
- لديهم درجة أعلى من المرونة والدقة.
- سيساعدونك في الحصول على تكاليف الاستثمار الخاصة بك بشكل أسرع.
- أرض غير مستوية لا يؤثر على كفاءتهم حيث يمكنهم تدوير الألواح رأسياً وأفقياً.
الآن دعونا نناقش العيوب-
- إنهم يطالبون تكاليف الصيانة الأعلى.
- إنها تتمتع بموثوقية أقل وعمر افتراضي أقصر من الألواح التقليدية.
- إنها معقدة بعض الشيء وتحتوي على مكونات أكثر حركة لنظام تتبع الشمس. لذا، فهي أكثر عرضة للأخطاء.
- عندما تكون السماء مغطاة بالضباب الدخاني أو السحب، فقد لا يعمل هذا المتتبع بدقة.
- من أجل الأداء السليم، فإنها تتطلب صيانة منتظمة.
- على الرغم من أنه يمكن توليد المزيد من الكهرباء مقارنة بالألواح الثابتة، لا يزال الأمر مكلفًا للغاية.
في الختام، يُمكننا استخدام هذه الأنواع من أنظمة تتبُّع الطاقة الشمسية لوضع الألواح الكهروضوئية بزاوية دقيقة لضوء الشمس. يقوم هذا النظام المُبتكر بعد ذلك بتدوير الألواح لتتبع حركة الشمس، مما يُساعدها على امتصاص أقصى قدر من ضوء الشمس، وبالتالي تحسين إنتاجها من الطاقة.
