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 الخوض في أنواع أنظمة تتبع الطاقة الشمسية، من المهم معرفة ماهية هذا النظام. فهو عبارة عن نظام يقوم تلقائيًا بضبط الألواح الشمسية لتواجه الشمس طوال اليوم. تشمل مكوناته الخلايا الكهروضوئية، ومعالجات الإشارات، ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وأجهزة الاستشعار، وأنظمة التحكم الكهرومغناطيسية والميكانيكية، ومصادر الطاقة.
عندما تكون أشعة الشمس قوية، تستشعرها مستشعرات هذا النظام وترسل إشارات إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). تقوم وحدة التحكم المنطقية بتقييم هذه الإشارات وإرسال تعليمات إضافية إلى المحرك. ثم يقوم المحرك بتدوير اللوحة الشمسية لتواجه الشمس مباشرة. وعندما تكون اللوحة مواجهة للشمس مباشرة، فإنها تولد طاقة أكبر مقارنةً بوضعها في غير هذا الوضع. والآن، دعونا نتعرف 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
تقوم هذه الأجهزة بتحريك أو ضبط الألواح الكهروضوئية عن طريق تدويرها حول محور واحد فقط، وعادةً ما تكون موجهة نحو الشمال أو الجنوب. يساعد هذا الجهاز الألواح على تتبع حركة الشمس من الشرق إلى الغرب 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) جهاز تتبع شمسي أفقي أحادي المحور (HSAT) : يدور هذا الجهاز من الشرق إلى الغرب على محور ثابت موازٍ للأرض. تُعدّ هذه الأداة فعّالة من حيث التكلفة، إذ يمكنها تتبع الحركة على مدار اليوم دون الحاجة إلى هياكل أو مواد معقدة.
ب) نظام التتبع الشمسي أحادي المحور المائل أفقيًا (HTSAT) : يشبه هذا النظام نظام HSAT، ولكنه يُركّب بزاوية ميل. وهو أكثر تعقيدًا وتكلفةً نسبيًا، كما أنه يحتاج إلى أساس خرساني، مما يجعل توسيعه صعبًا.
ج) نظام تتبع الشمس أحادي المحور الرأسي (VSAT) : يتتبع هذا النظام الشمس من الشرق إلى الغرب، ولكنه يُثبّت أفقيًا . وهو قادر على الحفاظ على زاوية سقوط أشعة الشمس ثابتة، خاصة في خطوط العرض الشمالية، ولذلك يُستخدم غالبًا في المناطق الجبلية. ومع ذلك، فإنه يعاني من بعض العيوب، مثل حاجته إلى مساحة أكبر وانخفاض كثافة الطاقة لكل فدان.
د) نظام تتبع شمسي أحادي المحور مائل رأسيًا (VTSAT) : يتميز هذا النظام بإمالة رأسية ودوران حول محور رأسي. يمكن استخدام هذه الأنظمة لتحسين إنتاج الطاقة الشمسية، ولكن يجب الأخذ في الاعتبار أنها أكثر عرضة لتأثيرات الرياح. بالمقارنة مع الأنظمة الأفقية، تتطلب هذه الأنظمة بنية أكثر صرامة وتستهلك كميات أكبر من المواد.
2. أجهزة تتبع الطاقة الشمسية ثنائية المحور
تتيح هذه التقنية تدوير الألواح الشمسية حول محورين، حيث يتم محاذاتها أفقياً وعمودياً، مما يسمح بتعديلها بسهولة في الاتجاهات الشمالية والجنوبية والشرقية والغربية. وتستخدم هذه التقنية أجهزة استشعار وخوارزميات لمراقبة التغيرات المرتبطة 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) الميل والإمالة : لتتبع موقع الشمس، يمكن إمالتها في اتجاهي الشرق والغرب (السمت) والأعلى والأسفل (الارتفاع).
ب) السمت والارتفاع : تسمح أجهزة التتبع الشمسية ثنائية المحور هذه للألواح الشمسية بالتحرك في اتجاهين السمت (شرق-غرب) والارتفاع (أعلى-أسفل).
انظر أيضاً: 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 هي أنظمة نشطة. فهي مزودة بمصادر طاقة لتشغيل الأجهزة الميكانيكية أو المحركات. ويمكنها المساعدة في ضبط زاوية اللوحة الشمسية بحيث تواجه الشمس 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:
نظام التتبع ذو الحلقة المفتوحة : هو نوع من أنظمة التتبع النشطة التي تعمل دون آليات تحكم تغذية راجعة. فبدلاً من استخدام بيانات المستشعرات الآنية، يقوم بتحريك الألواح الشمسية باستخدام حسابات أو خوارزميات مُسبقة . وينقسم هذا النظام إلى نوعين فرعيين.
- متتبعات مؤقتة
- أجهزة تتبع الارتفاع/السمت
مرجع ذو صلة: تصميم نظام تتبع شمسي أحادي المحور ذو حلقة مفتوحة
4. أجهزة التتبع السلبية
إنها مذهلة لأنها تستطيع تتبع الشمس دون الحاجة إلى أي مصدر طاقة إضافي. يتحرك الجهاز باستخدام حرارة الشمس، التي تسخن الغاز الموجود بداخله. وعندما يتمدد الغاز، فإنه يحفز 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 إنتاج الكهرباء : بالمقارنة مع الأنظمة الأخرى المماثلة، تتميز أنظمة تتبع الطاقة الشمسية بقدرتها على توليد كمية أكبر من الكهرباء. إذ يمكنها زيادة إنتاج الطاقة بنسبة تتراوح بين 10% و25% ، وهي نسبة ملحوظة. ولكن تجدر الإشارة إلى أن هذه الزيادة تعتمد على الموقع الجغرافي لنظام التتبع.
٢. تحسين استخدام الأراضي : تُعدّ هذه الأنظمة أدوات رائعة لتحسين استخدام الأراضي. فمقارنةً بنظيراتها ذات الميل الثابت، يمكنها توليد المزيد من الكهرباء، وذلك باستخدام نفس مساحة الأرض.
3. تعظيم مكاسب الطاقة : كما قرأنا وفهمنا في هذه المدونة، يُمكن لهذا النظام أن يُساعدك بشكل كبير في تعظيم مكاسب الطاقة. فهو يتبع مسار الشمس ثم يلتقط طاقتها بكفاءة طوال اليوم، مما يُصبح مفيدًا للغاية خلال ساعات الذروة.
4. تقليل متطلبات الصيانة : شهدت أنظمة التتبع هذه تطورات تكنولوجية كبيرة ساهمت بشكل ملحوظ في تقليل متطلبات الصيانة، مما يجعلها أكثر موثوقية وكفاءة.
5. خفض التكاليف : يُعدّ هذا أحد أهم تطبيقات أجهزة تتبع الطاقة الشمسية. تُحسّن هذه الأجهزة كفاءة توليد الطاقة، مما يُقلّل بدوره التكلفة الإجمالية المرتبطة بتوليد الطاقة الشمسية. كما تُقلّل الحاجة إلى ألواح شمسية إضافية، وتجعل الطاقة الشمسية أكثر جدوى اقتصادية للأفراد.
كما يمكنكم الاطلاع على مدونتنا بعنوان: ما هي الألواح الشمسية ذات الوصلات 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.
