Сонячні трекери: як працюють і коли вони підвищують генерацію СЕС

Водночас трекер не підвищує ККД самих фотоелектричних комірок. Він збільшує кількість сонячного випромінювання, яке отримує модуль протягом дня, а отже — і загальний виробіток системи.

Найчастіше використовують одно- та двовісні системи.

Одновісний трекер

Одновісний трекер обертає модулі навколо однієї осі. Для великих наземних СЕС поширена схема, коли вісь орієнтована приблизно з півночі на південь, а панелі протягом дня повертаються зі сходу на захід.

Кут поверхні модулів при цьому не залишається постійним: він змінюється разом із положенням сонця та командами системи керування.

Одновісний трекер поширений на великих наземних станціях, бо поєднує приріст виробітку з відносно помірним ускладненням механіки.

Двовісний трекер

Двовісна система може змінювати положення панелей у двох площинах. Теоретично це дозволяє точніше стежити за сонцем протягом дня й сезону.

Однак двовісні конструкції складніші, мають більше рухомих вузлів, потребують складнішого фундаменту та сервісу. Тому більший потенційний виробіток не означає автоматично кращу економіку.

Якщо ряди трекерів розташовані близько, у ранкові та вечірні години один ряд може затінювати сусідній. Щоб цього уникнути, система використовує алгоритм backtracking.

Замість того щоб максимально точно повертати модулі до сонця, автоматика трохи змінює їхній кут так, щоб зменшити міжрядне затінення. Частина прямого випромінювання при цьому може втрачатися, але загальний виробіток масиву зростає, тому що панелі не перекривають одна одну.

Ефективність backtracking залежить від відстані між рядами, висоти конструкції, рельєфу та геометрії масиву.

У хороших умовах одновісна система може додати десятки відсотків річної генерації порівняно з fixed-tilt. Але універсальної цифри не існує.

На результат впливають:

• широта;
• кількість ясних днів;
• частка прямого сонячного випромінювання;
• орієнтація осі;
• крок між рядами;
• рельєф;
• backtracking;
• допустимі кути повороту;
• простої та технічний стан механіки.

Тому цифри на кшталт «трекер завжди дає +30%» некоректні без моделювання конкретного об’єкта.

Трекер найбільше виграє в регіонах, де значну частину сонячного ресурсу становить пряме випромінювання. У ясний день система може довше підтримувати сприятливий кут між сонячними променями та поверхнею модуля.

У хмарну погоду зростає частка розсіяного світла. Воно надходить із різних ділянок неба, тому точне наведення панелі на сонячний диск дає меншу перевагу.

Саме тому одна й та сама система може показувати різний приріст виробітку в різних кліматичних умовах.

Для великих наземних СЕС особливо цікаве поєднання bifacial-модулів і single-axis tracker.

Двосторонні модулі виробляють енергію не лише фронтальною, а й задньою стороною, використовуючи світло, відбите від землі та навколишніх поверхонь. Трекер змінює геометрію системи протягом дня, а правильно підібрана висота й відстань між рядами можуть покращити надходження світла на задню частину модуля.

Результат залежить від альбедо, висоти конструкції та геометрії рядів, тому bifacial + tracker потрібно моделювати як єдину систему.

Не завжди. Рухомим конструкціям потрібна достатня відстань між рядами для повороту та зменшення самозатінення. Через це на одному гектарі іноді можна встановити менше номінальної DC-потужності, ніж на щільній fixed-tilt конструкції.

Але трекер здатен виробити більше енергії з кожного встановленого кіловата.

Тому при оцінці землі потрібно порівнювати два показники: скільки МВт можна встановити на гектар і скільки МВт·год ця ділянка виробить за рік.

Трекер для сонячних панелей має великі рухомі поверхні, тому вітер є одним із ключових факторів проєктування.

Wind stow

При перевищенні заданого рівня вітру автоматика може переводити модулі в безпечне stow-положення. Воно зменшує навантаження на конструкцію та приводи.

Але сама наявність wind stow не скасовує інженерного розрахунку. Потрібно враховувати місцеві вітрові умови, висоту конструкції, фундамент, жорсткість рядів, можливі динамічні навантаження та алгоритм переходу в захисний режим.

Важливо контролювати датчики й приводи: несправність stow-режиму може спричиняти втрати генерації.

Для України трекери для сонячних електростанцій повинні розраховуватися не лише на вітер, а й на снігові умови.

Система може використовувати спеціальні зимові або snow-stow положення. Вони допомагають контролювати навантаження на конструкцію та в окремих конфігураціях полегшують сходження снігу.

При цьому важливі:

• допустиме снігове навантаження;
• температура роботи приводів;
• можливість обмерзання;
• алгоритми stow;
• міцність фундаменту;
• доступ для технічного обслуговування.

Трекер, який добре працює в сухому теплому кліматі, не можна автоматично переносити в інші умови без відповідного проєктування.

На складній ділянці ухил може змінювати геометрію міжрядного затінення. Тому стандартний backtracking на нерівному рельєфі не завжди працює оптимально.

Для таких об’єктів потрібно враховувати slope-aware алгоритми, фактичний профіль місцевості та допустимі механічні кути конструкції.

Для великих СЕС навіть невеликі річні втрати можуть помітно впливати на економіку проєкту.

Фіксована конструкція майже не має рухомих вузлів. У трекера вони є, тому до стандартного обслуговування СЕС додаються:

• приводи;
• редуктори;
• підшипники;
• контролери;
• датчики;
• механічні з’єднання;
• кабелі рухомих частин;
• перевірка вирівнювання;
• тестування stow-режимів.

Додаткові O&M-витрати трекера потрібно враховувати у фінансовій моделі.

Порівнювати fixed-tilt і tracker лише за кількістю вироблених кВт·год неправильно.

Потрібно врахувати:

• вартість конструкції;
• фундамент і монтаж;
• додаткову генерацію;
• площу ділянки;
• обслуговування;
• можливі ремонти;
• простої;
• строк експлуатації;
• вартість виробленої електроенергії;
• фінансування проєкту.

Трекер має сенс тоді, коли вартість додаткової енергії протягом строку роботи перекриває додаткові CAPEX та O&M.

Для великих наземних СЕС single-axis tracker часто дає хороший баланс між приростом виробітку та складністю конструкції.

Для більшості дахових домашніх станцій — ні. На даху обмежена площа, є складна геометрія, високі вітрові навантаження та мало місця для рухомих конструкцій.

У приватному секторі трекер може бути цікавим для окремої наземної СЕС, якщо є достатня площа і розрахунок підтверджує економічний сенс.

У більшості випадків для домашньої системи вигідніше правильно підібрати орієнтацію, кут нахилу, потужність модулів та інвертор, ніж ускладнювати конструкцію трекером.

Перед вибором потрібно визначити:

1. Тип станції та її потужність.
2. Сонячний ресурс і частку прямого випромінювання.
3. Площу та рельєф ділянки.
4. Снігові й вітрові навантаження.
5. Відстань між рядами.
6. Тип модулів.
7. Алгоритм tracking і backtracking.
8. Наявність wind/snow stow.
9. Сервіс і доступність запасних частин.
10. Додаткову генерацію та фінансовий результат.

Тільки після цього можна порівнювати конкретний трекер із фіксованою конструкцією.

Сонячний трекер дозволяє збільшити виробіток СЕС завдяки зміні положення модулів протягом дня. Найбільш поширеним рішенням для великих наземних станцій є одновісний трекер, особливо у поєднанні з bifacial-модулями.

Проте більша генерація не означає автоматично кращу окупність. Трекери для сонячних електростанцій потребують більше простору, складнішої механіки, правильного backtracking, захисту від вітру й снігу та регулярного технічного контролю.

Тому рішення про встановлення потрібно приймати після моделювання конкретного об’єкта. Фахівці Green System допоможуть оцінити доцільність трекера, спрогнозувати приріст генерації, підібрати конструкцію та порівняти її економіку зі стаціонарною СЕС.