تراکر یا ردیاب خورشیدی( Solar Tracker )

تراکر یا ردیاب خورشیدی(Solar Tracker)  یک سیستم مکانیزه یا الکترونیکی است که جهت پنل‌های خورشیدی را به‌طور اتوماتیک تنظیم می‌کند تا همیشه به سمت نور خورشید باشند. این سیستم باعث افزایش بازدهی و بهره‌وری تولید انرژی در نیروگاه‌های خورشیدی می‌شود. تراکرها می‌توانند به دو دسته الکترونیکی (سنسور میزان نور و رگولاتورهای الکترونیکی) و مکانیکی (با استفاده از سیستم‌های مکانیکی و قطعات حرکتی) تقسیم شوند.

 

ویژگی‌ها و عملکرد تراکرها در نیروگاه خورشیدی:

پیگیری خورشید:

   تراکرها دارای سنسورهای نوری هستند که مقدار نور دریافتی را اندازه‌گیری می‌کنند و پنل‌ها را به سمت نور خورشید جهت می‌دهند. این عمل باعث افزایش مستمر و بهینه در تولید انرژی در نیروگاه‌ خورشیدی می‌شود.

 

تنظیم در دو جهت:

   برخی از تراکرها به دو جهت، یعنی افقی(Azimuth)  و عمودی (Elevation)، قابل تنظیم هستند. افقی تنظیم موقعیت پنل‌ها در جهت شرق و غرب را مشخص می‌کند، در حالی که عمودی نسبت به زاویه شیب خورشید، موقعیت پنل‌ها را در نیروگاه‌ خورشیدی تنظیم می‌کند.

 

افزایش بازدهی:

   با دنبال کردن مسیر خورشید، تراکرها باعث افزایش بازدهی و تولید بیشتر انرژی در مقایسه با پنل‌های ثابت می‌شوند. این افزایش تولید در نیروگاه‌ خورشیدی معمولاً 20 تا 30 درصد می‌تواند باشد.

 

کاهش سایه:

   تراکرها می‌توانند تاثیرات سایه را کاهش دهند. زمانی که یک شیء سایه بر سطح پنل ایجاد کند، تراکر به سرعت پنل را جابجا می‌کند تا از اثرات سایه در تولید نیروگاه‌ خورشیدی کاسته شود.

 

سازگاری با مکان‌های مختلف:

   تراکرها به راحتی در مکان‌های مختلف و با زوایا و میزان شیب‌های مختلف قابل نصب هستند، که این امکان را فراهم می‌کند تا در مناطق مختلف جغرافیایی نیز مورد استفاده قرار گیرند.

 

معایب استفاده از تراکرها در نیروگاه خورشیدی

درسته استفاده از تراکرها در نیروگاه‌های خورشیدی با ویژگی‌های مثبت همراه است، اما دارای برخی معایب نیز میباشد. در زیر به برخی از معایب استفاده از تراکرها اشاره می‌شود:

1. هزینه بالا:

   نصب و نگهداری تراکرها هزینه‌های اضافی به سیستم نیروگاه خورشیدی افزوده و هزینه نهایی پروژه را افزایش می‌دهد. این هزینه‌ها شامل هزینه نصب، نگهداری مکانیزم‌ها، انرژی مصرفی برای حرکت تراکرها و سایر هزینه‌های مرتبط می‌شود.

هزینه بالا در مورد نصب و نگهداری تراکرها در نیروگاه‌های خورشیدی به علت عوامل مختلفی افزایش می‌یابد. در زیر به برخی از عوامل اصلی و افزایش درصدی که ممکن است برای هر یک از این عوامل ایجاد شود، اشاره می‌شود:

1-1. هزینه نصب:

   نصب تراکرها نیاز به کارگران ماهر و تجهیزات خاص دارد. همچنین، ساختار پایه‌ها و مکانیزم‌های مکانیکی نیز باید به‌صورت دقیق و محکم نصب شوند. همه این عوامل باعث افزایش هزینه نصب می‌شوند.

 

1-2. هزینه تجهیزات:

   تجهیزات الکترونیکی و مکانیکی تراکرها نیازمند تکنولوژی پیشرفته و دقت بالا هستند. این تجهیزات هزینه تولید و تهیه بالایی به نیروگاه‌ خورشیدی تحمیل میکنند.

 

1-3. نیاز به انرژی برای حرکت:

   تراکرها نیاز به انرژی برای حرکت دارند. این انرژی ممکن است از منابع مختلفی تأمین شود از جمله اتصال به شبکه برق یا استفاده از پنل‌های خورشیدی اضافی. هزینه مصرف این انرژی نیز به هزینه نهایی نیروگاه‌ خورشیدی اضافه می‌شود.

 

1-4. نیاز به نگهداری مکانیکی:

   مکانیکی بودن تراکرها به دلیل قطعات متحرک، نیاز به نگهداری و تعمیرات بیشتری دارد. این نگهداری ها باعث افزایش هزینه نگهداری و تعمیرات در نیروگاه‌ خورشیدی می‌شود.

 

1-5. نیاز به سیستم کنترل:

   نصب و بهره‌برداری از یک سیستم کنترل پیچیده برای ردیابی دقیق خورشید نیز هزینه‌ها را در نیروگاه‌ خورشیدی افزایش می‌دهد.

 

به‌طور کلی، افزایش هزینه بستگی به شرایط خاص هر پروژه دارد. اما به طور تقریبی، هزینه نصب و نگهداری تراکرها می‌تواند به میزان 20 تا 30 درصد هزینه کل پروژه نیروگاه خورشیدی را افزایش دهد. این مقدار بسته به شرایط محیطی، تکنولوژی مورد استفاده و اقتصاد منطقه متغیر می باشد.

 

2. نیاز به فضای بیشتر:

   نصب تراکرها نیازمند فضای بیشتری است، چرا که پنل‌ها در طی حرکتشان نیاز به فضای آزاد دارند. این امر ممکن است در مکان‌های با محدودیت فضا به چالش بخورد.

نیاز به فضای بیشتر در نصب تراکرها در نیروگاه‌های خورشیدی از دو جهت مهم مطرح می‌شود: اولاً، فضای فیزیکی برای نصب سازه‌ها و تجهیزات مکانیکی؛ دوماً، فضای زیستی و زمین‌های مورد نیاز.

 

2-1. فضای فیزیکی برای نصب سازه‌ها و تجهیزات:

   – ساختار پایه‌ها: نصب تراکرها نیازمند ساختار پایه‌های قوی است که به پایداری و عملکرد بهینه تراکرها کمک کنند. برای هر تراکر نیازمند یک ساختار پایه و پشتیبانی مناسب است.

   – حرکت مکانیکی: وجود سیستم‌های حرکتی و مکانیکی نیازمند فضای بیشتری برای جابجایی پنل‌ها به سمت خورشید است. این امر به معنای فضای آزاد اطراف تراکرها و پنل‌ها در نیروگاه‌ خورشیدی می‌باشد.

 

2-2. فضای زیستی و زمین‌های مورد نیاز:

   – فضای زیستی: ممکن است در صورت نیاز به اجرای تغییرات زیست محیطی یا انجام اقدامات مرتبط با حفاظت از محیط زیست و گیاهان محلی نیاز به فضای زیستی افزایش یابد.

   – زمین‌های مورد نیاز: برای نصب تراکرها نیازمند زمین‌های بیشتری هستیم و باید مساحت‌های بزرگتری از زمین را اختصاص دهیم. این امر به خصوص در نیروگاه‌های خورشیدی با ظرفیت بالا به وجود می‌آید.

درصد افزایش فضای مورد نیاز بر اساس نوع و تعداد تراکرها، ابعاد ساختارهای مکانیکی، و شرایط محیطی متغیر است. به طور کلی، افزایش مساحت فضایی بر اثر نصب تراکرها می‌تواند به میزان حداقل 10 تا 20 درصد از مساحت نیروگاه خورشیدی بیافزاید. این میزان ممکن است بسته به شرایط خاص هر پروژه، نوع تراکر، ویژگی‌های زمین، و نیازمندی‌های محیط زیستی، متغیر باشد.

 

3. پیچیدگی سیستم:

   تراکرها دارای سیستم‌های پیچیده مکانیکی یا الکترونیکی هستند. این پیچیدگی سیستم می‌تواند باعث افزایش احتمال خرابی و کاهش قابلیت اطمینان سیستم شود.

پیچیدگی سیستم تراکرها در نیروگاه‌های خورشیدی به دلیل وجود عناصر مکانیکی و الکترونیکی بسیار است. در زیر به برخی از عوامل مهم توجیه کننده پیچیدگی این سیستم پرداخته می‌شود:

3-1. ساختار مکانیکی:

   ساختار مکانیکی تراکرها در نیروگاه‌های خورشیدی بر اساس نوع و مدل تراکر متفاوت است، اما برخی از جزئیات مشترک در ساختار مکانیکی تراکرها عبارتند از:

3-1-1. پایه‌ها و ستون‌ها: ساختار پایه‌های تراکرها نیازمند طراحی و ساخت قوی و پایدار است. این پایه‌ها ممکن است به اندازه یک سازه مهندسی ساخته شوند و نیازمند مهندسی دقیق هستند.

– پایه‌ها معمولاً از مواد قوی مانند فولاد یا بتن ساخته می‌شوند. این پایه‌ها ممکن است به صورت استوانه‌ای یا مستطیلی طراحی شده باشند.

   – ستون‌ها بخشی از پایه‌ها هستند و از میان پایه بلندتر برآمده و به پنل‌های خورشیدی اتصال داده می‌شوند.

 

 3-1-2. سیستم‌های حرکتی:

سیستم حرکتی تراکرها در نیروگاه‌های خورشیدی برای بهینه کردن تابش خورشیدی بر سطح پنل‌های خورشیدی به‌کار می‌رود. وجود سیستم‌های مکانیکی برای حرکت تراکرها نیازمند موتورهای الکتریکی ، چرخ دنده‌ها، رولرها، و سیستم‌های جلوگیری از سایش است که این عناصر افزوده علاوه بر اینکه باعث حرکت دقیق تراکرها می‌شوند، میزان پیچیدگی را افزایش می‌دهند.

 

توجیه اقتصادی تراکر نیروگاه خورشیدی:

به طور کلی، استفاده از تراکرها نیاز به ارزیابی دقیق هزینه‌ها و مزایا، و توجیه اقتصادی دقیق در پروژه نیروگاه‌های خورشیدی دارد. عملکرد تراکرها نیازمند مصرف انرژی برای حرکت مکانیکی و تنظیمات الکترونیکی است. این مصرف انرژی اضافی ممکن است به اندازه تولید انرژی اضافی توسط پنل‌ها نباشد و موجب کاهش بهره‌وری نهایی شود.

فرایند تولید، نصب و نگهداری تراکرها ممکن است تأثیرات محیطی منفی داشته باشد. این مشکلات شامل مصرف منابع زیاد، تولید پسماندهای الکترونیکی، و تأثیرات بر زیستگاه‌های محلی می‌شود.

هزینه بالا و نیاز به سرمایه گذاری اضافی، ممکن است بازگشت سرمایه پروژه نیروگاه خورشیدی با تراکر را با تاخیر مواجه کند و باعث افزایش زمان بازگشت سرمایه شود.

راهکارهای جایگزین استفاده از تراکر خورشیدی

استفاده از تراکرهای خورشیدی برای پیگیری حرکت خورشید و بهبود بازدهی پنل‌های خورشیدی یکی از راهکارهای موثر در نیروگاه‌های خورشیدی است، اما در برخی موارد ممکن است به دلیل محدودیت‌های مالی، فنی یا محیطی، استفاده از راهکارهای جایگزین مورد توجه قرار گیرد. در زیر به برخی از راهکارهای جایگزین برای تولید انرژی خورشیدی بدون استفاده از تراکرها اشاره شده است:

 

1. سامانه‌های ثابت (Fixed-tilt PV Systems):

   – در این روش، پنل‌های خورشیدی به یک زاویه ثابت نسبت به سطح زمین تنظیم می‌شوند. این سیستم‌ها عموماً برای مناطق با تغییرات کمتر در مسیر خورشید مناسب هستند.

مزایا:

سادگی ساختار و نصب، کاهش هزینه‌ها.

نیاز به نگهداری کمتر در مقایسه با سیستم‌های پیچیده‌تر.

کمترین تلفات انرژی در اثر حرکت گیربکس یا ردیاب.

معایب:

کارایی پایین‌تر در شرایط نور کم یا زوایای خورشیدی متغیر.

عدم تطابق با مسیر حرکت خورشید.

 

2. پنل‌های خورشیدی با تکنولوژی‌های پیشرفته:

   – استفاده از پنل‌های خورشیدی با تکنولوژی‌های پیشرفته که به دنبال بهبود بازدهی در شرایط نور کمتر و زوایای متغیر هستند، می‌تواند نیاز به تراکرها در نیروگاه‌ خورشیدی را کاهش دهد.

مزایا:

بهبود در کارایی در شرایط نور کم.

افزایش بازدهی در تکنولوژی‌های نوین سلول‌های خورشیدی.

معایب:

هزینه بالا برای تکنولوژی‌های پیشرفته.

ریسک تکنولوژی جدید و نقص‌های احتمالی.

این تکنولوژی‌ها شامل چندین نوع سلول و پنل مختلف می‌شوند. در زیر به برخی از پیشرفت‌های تکنولوژی‌های پنل‌های خورشیدی اشاره می‌شود:

1. سلول‌های پروسکایتی (Perovskite Solar Cells):

   – این سلول‌ها از مواد معدنی به نام پروسکایت استفاده می‌کنند و توانایی بهبود عملکرد در شرایط نور کم، هوای محیط و دماهای متغیر را دارند. سلول‌های پروسکایتی به دلیل هزینه تولید پایین و کارایی بالا، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند.

2. سلول‌های Organic Photovoltaic Cells – OPV :

   – این سلول‌ها از مواد آلی به نام اروتنین استفاده می‌کنند و به دلیل انعطاف‌پذیری بیشتر و وزن کمتر، مناسب برای استفاده در سطوح منحنی و انعطاف‌پذیر هستند. سلول‌های OPV می‌توانند در شرایط نور کم و حتی در محیط‌های داخلی نیز عملکرد خوبی داشته باشند.

3. سلول‌های آلی-انرژی‌های چسبنده (Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells):

   – این تکنولوژی از ترکیب سلول‌های پروسکایتی با سلول‌های خورشیدی سیلیکونی استفاده می‌کند. این ترکیب بهبود کارایی در تولید انرژی و حذف نقاط ضعف هر یک از تکنولوژی‌ها را فراهم می‌کند.

4. سلول‌های خورشیدی رنگی (Colored Solar Cells):

   – این سلول‌ها به دلیل طراحی‌های خاص و رنگ‌های متنوع، امکان استفاده از آنها در معماری و نمای ساختمان‌ها را فراهم کرده‌اند. این پنل‌ها علاوه بر تولید انرژی، نقش دکوراتیو و زیبایی را نیز دارند.

5. سلول‌های خورشیدی نانوساختار (Nanostructured Solar Cells):

   – این تکنولوژی از ساختارهای نانومتری در سلول‌های خورشیدی استفاده می‌کند تا باعث افزایش سطح جذب نور و بهبود کارایی در نیروگاه‌ خورشیدی گردد. این سلول‌ها می‌توانند در شرایط نور کمتر نیز بهترین عملکرد را ارائه دهند.

6. سلول‌های خورشیدی با اتصال بیشتر (Multi-junction Solar Cells):

   – این سلول‌ها از لایه‌های مختلف سلول‌های خورشیدی با انرژی‌های متفاوت استفاده می‌کنند تا انرژی از بیشترین محدوده طول موج را جذب کنند. این باعث افزایش بازدهی و عملکرد در شرایط متنوع نوری می‌شود.

7. سلول‌های خورشیدی گرافن (Graphene Solar Cells):

   – این سلول‌ها از مواد گرافن برای بهبود هدایت الکتریکی و افزایش انعطاف‌پذیری استفاده می‌کنند. گرافن به عنوان یک ماده نانوتکنولوژیکی باعث افزایش حرکت الکترون‌ها می‌شود.

8. سلول‌های خورشیدی Tandem Solar Cells :

   – این سلول‌ها از ترکیب چندین لایه سلول با انرژی‌های مختلف برای بهبود بازدهی استفاده می‌کنند. این ترکیب این امکان را فراهم می‌کند که انرژی خورشید را از طیف وسیعی از طول‌های موج جذب کنند.

9. سلول‌های خورشیدی تراکمی (Concentrator Photovoltaics):

    – این سلول‌ها از عدسی‌ها یا آینه‌ها برای تمرکز نور بر روی سلول‌های خورشیدی استفاده می‌کنند. این روش مناسب برای مناطق با تابش نور خورشید زیاد است و باعث افزایش تولید انرژی می‌شود.

10. پنل‌های خورشیدی شفاف (Transparent Solar Panels):

    – این نوع پنل‌ها به عنوان سلول‌های خورشیدی شفاف یا شیشه‌های خورشیدی شناخته می‌شوند. آنها به صورت شفاف بر روی سطوح شیشه‌ای نصب می‌شوند و این امکان را فراهم می‌کنند که ساختمان‌ها انرژی خورشیدی تولید کنند و همچنین نور خورشید را وارد محیط داخلی ساختمان کنند.

11. پنل‌های خورشیدی دوطرفه (Bifacial Solar Panels):

پنل‌های خورشیدی دو طرفه(Bifacial)  یک نوع پنل خورشیدی هستند که قابلیت جذب نور از هر دو طرف را دارند، به این معنا که هم از سمت جلوی پنل (از طریق تابش مستقیم خورشید) و هم از سمت پشت پنل (از طریق تابش پراکنده و بازتابی از محیط) نور خورشید را تبدیل به انرژی الکتریکی می‌کنند. این ویژگی باعث افزایش بازدهی و تولید بیشتر انرژی در مقایسه با پنل‌های یک طرفه معمولی می‌شود. از مزایای این پنل ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1. افزایش بازدهی به دلیل جذب نور از هر دو سمت
2. کاهش هزینه تولید انرژی با افزایش بازدهی و تولید بیشتر انرژی
3. تناسب با محیط زیست به طوریکه این نوع پنل‌ها در محیط‌های با بیشترین تغییرات در شدت نور (مثل مناطق ابری و مناطق با تغییرات جوی فصلی زیاد) عملکرد بهتری دارند.

در نتیجه، پنل‌های خورشیدی دو طرفه به عنوان یک فناوری پیشرفته و با تأثیر مثبت در افزایش بازدهی و تولید انرژی در نیروگاه‌ خورشیدی برجسته هستند.

 

3. تکنولوژی‌های تجمعی زیاد (High Concentration Technologies):

   – این تکنولوژی‌ها از عدسی‌ها یا آینه‌ها برای جمع‌آوری نور خورشید و تمرکز آن بر روی سلول‌های خورشیدی استفاده می‌کنند. این راهکارها برای تولید انرژی با کارایی بالا در مناطق با تابش نور خورشید زیاد مناسب هستند.

مزایا:

بازدهی بالا در مناطق با تابش خورشید زیاد.

استفاده مؤثر از فضا و کاهش نیاز به پنل بزرگ.

معایب:

هزینه بالا و پیچیدگی در ساخت و نگهداری.

تأثیرات حرارتی بیشتر برای سلول‌ها.

4. سیستم‌های ردیابی تک محوره (Single-axis Tracking Systems):

   – در مقایسه با تراکرهای دو محوره، سیستم‌های ردیابی تک محوره ساده‌تر هستند و همچنان امکان اصلاح زاویه تابش خورشید در فصول مختلف سال را فراهم می‌کنند. این سیستم‌ها باعث بهبود در بازدهی نسبت به سامانه‌های ثابت هستند.

مزایا:

افزایش بازدهی در مقایسه با سامانه‌های ثابت.

تطابق بیشتر با حرکت خورشید و تغییرات زاویه نور در فصول مختلف.

معایب:

هزینه بالا در نصب و نگهداری.

راندمان پایین تر در بازدهی نسبت به تراکرهای دو محوره.

توصیه نهایی به استفاده یا عدم استفاده از تراکر تک یا دو محوره در نیروگاه‌های خورشیدی در ایران ممکن است بستگی به شرایط خاص هر پروژه داشته باشد، اما می‌توان به برخی از نکات زیر اشاره کرد:

1. هزینه بالا:

   – استفاده از تراکر دو محوره باعث افزایش هزینه‌های نصب، نگهداری و عملکرد سیستم می‌شود. در صورتی که شرایط آب و هوایی ایران و تابش خورشید متداول در این منطقه، توانایی کافی برای بهره گیری پنل‌ها در شرایط نصب ثابت را فراهم می‌کنند، افزایش هزینه به نسبت بازدهی افزوده شده ممکن است منطقی نباشد.

2. مصرف آب:

   – عملکرد تراکر دو محوره نیازمند مصرف آب برای خنک‌کردن مکانیسم حرکتی و حفظ سیستم است. در مناطق کم آب و با توجه به مشکلات مدیریت منابع آب در ایران، استفاده از تراکر دو محوره ممکن است به مسائل زیست محیطی منفی منجر شود.

3. پیچیدگی سیستم:

   – تراکر دو محوره سیستم‌های پیچیده‌تری نسبت به سیستم‌های ثابت هستند و نیازمند نگهداری و تعمیرات بیشتری می‌باشند. این موضوع می‌تواند در مدت زمان طولانی موجب افزایش هزینه‌های نگهداری شود.

4. تغییرات جوی:

   – شرایط هوایی متنوع ایران، از جمله بادهای شدید، گردوغبار و دمای بالا می‌تواند بر عملکرد و پایداری تراکر دو محوره تأثیر بگذارد. سیستم‌های ثابت معمولاً مقاومتر به شرایط جوی هستند.

 

در نهایت، تصمیم در مورد استفاده یا عدم استفاده از تراکر در نیروگاه‌های خورشیدی در ایران باید با توجه به مشخصات فنی پروژه، شرایط جغرافیایی منطقه، و تحلیل دقیق هزینه-سود اتخاذ شود. همواره مهندسان آرا نیرو در زمینه انرژی خورشیدی و اطلاعات به‌روز مرتبط با پروژه مورد نظرتان، آماده ارائه مشاوره تخصصی به شما می باشد.

نویسنده: مهدی پارساوند