גשש סולארי אוטומטי לחלוטין: עיקרון, טכנולוגיה ויישום חדשני

סקירת ציוד
גשש סולארי אוטומטי לחלוטין הוא מערכת חכמה שחשה את האזימוט והגובה של השמש בזמן אמת, ומניעה פאנלים פוטו-וולטאיים, מרכזנים או ציוד תצפית כדי לשמור תמיד על הזווית הטובה ביותר עם קרני השמש. בהשוואה למכשירים סולאריים קבועים, הוא יכול להגדיל את יעילות קליטת האנרגיה ב-20%-40%, ויש לו ערך חשוב בייצור חשמל פוטו-וולטאי, ויסות אור חקלאי, תצפית אסטרונומית ותחומים אחרים.

הרכב טכנולוגיית הליבה
מערכת תפיסה
מערך חיישנים פוטואלקטריים: השתמשו בחיישן תמונה פוטודיודה בעל ארבעה רבעים או CCD כדי לזהות את ההבדל בהתפלגות עוצמת האור הסולארי
פיצוי אלגוריתם אסטרונומי: מיקום GPS מובנה ומסד נתונים של לוח שנה אסטרונומי, חישוב וחיזוי מסלול השמש במזג אוויר גשום
גילוי היתוך רב-מקורי: שלב חיישני עוצמת אור, טמפרטורה ומהירות רוח כדי להשיג מיקום נגד הפרעות (כגון הבחנה בין אור שמש להפרעות אור)
מערכת בקרה
מבנה הנעה דו-צירי:
ציר סיבוב אופקי (אזימוט): מנוע צעד שולט בסיבוב 0-360°, דיוק ±0.1°
ציר כוונון גובה (זווית גובה): מוט דחיפה ליניארי משיג כוונון של -15°~90° כדי להסתגל לשינוי גובה השמש בארבע עונות
אלגוריתם בקרה אדפטיבי: השתמש בבקרת PID בלולאה סגורה כדי להתאים באופן דינמי את מהירות המנוע ולהפחית את צריכת האנרגיה.
מבנה מכני
תושבת מרוכבת קלת משקל: חומר סיבי פחמן משיג יחס חוזק-משקל של 10:1, ורמת התנגדות לרוח של 10
מערכת מיסבים לניקוי עצמי: רמת הגנה IP68, שכבת סיכה מובנית מגרפיט, וחיי פעולה רציפה בסביבה מדברית עולים על 5 שנים
מקרי יישום אופייניים
1. תחנת כוח פוטו-וולטאית מרוכזת בעלת הספק גבוה (CPV)

מערכת המעקב DuraTrack HZ v3 של Array Technologies פרוסה בפארק הסולארי בדובאי, איחוד האמירויות הערביות, עם תאי שמש מרובי צומת III-V:

מעקב דו-צירי מאפשר יעילות המרת אנרגיית אור של 41% (בסוגריים קבועים יש יעילות של 32% בלבד).

מצויד במצב הוריקן: כאשר מהירות הרוח עולה על 25 מטר לשנייה, הפאנל הפוטו-וולטאי מותאם אוטומטית לזווית עמידה בפני רוח כדי להפחית את הסיכון לנזק מבני.

2. חממה סולארית חקלאית חכמה

אוניברסיטת ווגנינגן בהולנד משלבת את מערכת המעקב SolarEdge Sunflower בחממת העגבניות:

זווית הפגיעה של אור השמש מותאמת באופן דינמי באמצעות מערך המשקפים כדי לשפר את אחידות האור ב-65%

בשילוב עם מודל גידול הצמחים, הוא מסיט את עצמו אוטומטית ב-15 מעלות במהלך תקופת האור החזק בצהריים כדי למנוע כוויות של העלים.

3. פלטפורמת תצפית אסטרונומית בחלל
מצפה הכוכבים יונאן של האקדמיה הסינית למדעים משתמש במערכת מעקב משוונית ASA DDM85:

במצב מעקב כוכבים, הרזולוציה הזוויתית מגיעה ל-0.05 שניות קשת, ועונה על הצרכים של חשיפה ארוכת טווח של עצמים בשמיים עמוקים.

באמצעות גירוסקופים קוורץ כדי לפצות על סיבוב כדור הארץ, שגיאת המעקב של 24 שעות היא פחות מ-3 דקות קשת.

4. מערכת תאורת רחוב חכמה לעיר
תאורת רחוב פוטו-וולטאית SolarTree של פיילוט באזור שנג'ן צ'יאנהאי:

מעקב דו-צירי + תאי סיליקון חד-קריסטליים מביאים לייצור חשמל יומי ממוצע של 4.2 קילוואט-שעה, ותומכים ב-72 שעות של חיי סוללה בגשם ובמעוננות

מתאפס אוטומטית למצב אופקי בלילה כדי להפחית את התנגדות הרוח ולשמש כפלטפורמת הרכבה לתחנת בסיס מיקרו 5G

5. ספינת התפלה סולארית
פרויקט "SolarSailor" באיים המלדיביים:

סרט פוטו-וולטאי גמיש מונח על סיפון גוף הספינה, ומעקב אחר פיצוי גלים מושג באמצעות מערכת הנעה הידראולית.

בהשוואה למערכות קבועות, ייצור המים המתוקים היומי גדל ב-28%, ועונה על הצרכים היומיים של קהילה של 200 איש.

מגמות פיתוח טכנולוגי
מיקום היתוך רב-חיישני: שילוב SLAM ויזואלי ולידר כדי להשיג דיוק מעקב ברמת סנטימטר תחת שטח מורכב

אופטימיזציה של אסטרטגיית הנעה באמצעות בינה מלאכותית: שימוש בלמידה עמוקה כדי לחזות את מסלול התנועה של עננים ולתכנן את נתיב המעקב האופטימלי מראש (ניסויים ב-MIT מראים שזה יכול להגדיל את ייצור החשמל היומי ב-8%).

תכנון מבנה ביוני: חיקוי מנגנון הצמיחה של חמניות ופיתוח מכשיר היגוי עצמי מאלסטומר גביש נוזלי ללא הנעה מנועית (אב הטיפוס של מעבדת KIT הגרמנית השיג היגוי של ±30°)

מערך פוטו-וולטאי בחלל: מערכת SSPS שפותחה על ידי JAXA היפנית מממשת שידור אנרגיית מיקרוגל דרך אנטנת מערך פאזה, ושגיאת המעקב הסינכרונית במסלול היא <0.001°

הצעות לבחירה ויישום
תחנת כוח פוטו-וולטאית במדבר, עמידה בפני חול ואבק, פעולה בטמפרטורה גבוהה של 50 מעלות צלזיוס, מנוע סגור להפחתת הרמוניות + מודול פיזור חום לקירור אוויר

תחנת מחקר קוטבית, הפעלה בטמפרטורה נמוכה של -60℃, עמידות בפני קרח ושלג, מיסב חימום + תושבת מסגסוגת טיטניום

אנרגיה פוטו-וולטאית מבוזרת ביתית, עיצוב שקט (<40dB), התקנה קלת משקל על הגג, מערכת עקיבה חד-צירית + מנוע DC ללא מברשות

מַסְקָנָה
עם פריצות הדרך בטכנולוגיות כמו חומרים פוטו-וולטאיים פרובסקיטים ופלטפורמות הפעלה ותחזוקה של תאומים דיגיטליים, עוקבי שמש אוטומטיים לחלוטין מתפתחים מ"מעקב פסיבי" ל"שיתוף פעולה ניבוי". בעתיד, הם יציגו פוטנציאל יישום גדול יותר בתחומי תחנות כוח סולאריות בחלל, מקורות אור מלאכותיים לפוטוסינתזה וכלי רכב לחקר בין-כוכביים.