Panoramica delle attrezzature
L'inseguitore solare completamente automatico è un sistema intelligente che rileva l'azimut e l'altitudine del sole in tempo reale, pilotando pannelli fotovoltaici, concentratori o apparecchiature di osservazione per mantenere sempre l'angolazione ottimale con i raggi solari. Rispetto ai dispositivi solari fissi, può aumentare l'efficienza di ricezione dell'energia del 20%-40% e ha un valore importante nella produzione di energia fotovoltaica, nella regolazione della luce in agricoltura, nell'osservazione astronomica e in altri campi.
Composizione della tecnologia di base
Sistema di percezione
Matrice di sensori fotoelettrici: utilizza un fotodiodo a quattro quadranti o un sensore di immagini CCD per rilevare la differenza nella distribuzione dell'intensità della luce solare
Compensazione dell'algoritmo astronomico: posizionamento GPS integrato e database del calendario astronomico, calcolano e prevedono la traiettoria del sole in caso di pioggia
Rilevamento della fusione multi-sorgente: combina sensori di intensità luminosa, temperatura e velocità del vento per ottenere un posizionamento anti-interferenza (ad esempio, distinguendo la luce solare dalle interferenze luminose)
Sistema di controllo
Struttura di azionamento a doppio asse:
Asse di rotazione orizzontale (azimut): il motore passo-passo controlla la rotazione da 0 a 360°, precisione ±0,1°
Asse di regolazione del passo (angolo di elevazione): l'asta di spinta lineare raggiunge una regolazione di -15°~90° per adattarsi al cambiamento dell'altitudine solare nelle quattro stagioni
Algoritmo di controllo adattivo: utilizza il controllo PID a circuito chiuso per regolare dinamicamente la velocità del motore per ridurre il consumo di energia
Struttura meccanica
Staffa composita leggera: il materiale in fibra di carbonio raggiunge un rapporto resistenza/peso di 10:1 e un livello di resistenza al vento di 10
Sistema di cuscinetti autopulenti: livello di protezione IP68, strato di lubrificazione in grafite integrato e durata di funzionamento continuo in ambiente desertico superiore a 5 anni
Casi applicativi tipici
1. Centrale fotovoltaica a concentrazione ad alta potenza (CPV)
Il sistema di inseguimento DuraTrack HZ v3 di Array Technologies è installato nel Solar Park di Dubai, negli Emirati Arabi Uniti, con celle solari multigiunzione III-V:
Il tracciamento a doppio asse consente un'efficienza di conversione dell'energia luminosa del 41% (le staffe fisse sono solo del 32%)
Dotato di modalità uragano: quando la velocità del vento supera i 25 m/s, il pannello fotovoltaico viene automaticamente regolato su un angolo resistente al vento per ridurre il rischio di danni strutturali
2. Serra solare agricola intelligente
L'Università di Wageningen nei Paesi Bassi integra il sistema di inseguimento SolarEdge Sunflower nella serra dei pomodori:
L'angolo di incidenza della luce solare viene regolato dinamicamente attraverso la matrice di riflettori per migliorare l'uniformità della luce del 65%
In combinazione con il modello di crescita delle piante, si devia automaticamente di 15° durante il periodo di luce intensa a mezzogiorno per evitare di bruciare le foglie
3. Piattaforma di osservazione astronomica spaziale
L'Osservatorio dello Yunnan dell'Accademia cinese delle scienze utilizza il sistema di tracciamento equatoriale ASA DDM85:
In modalità di tracciamento stellare, la risoluzione angolare raggiunge 0,05 secondi d'arco, soddisfacendo le esigenze di esposizione a lungo termine degli oggetti del cielo profondo
Utilizzando giroscopi al quarzo per compensare la rotazione della Terra, l'errore di tracciamento di 24 ore è inferiore a 3 minuti d'arco
4. Sistema di illuminazione stradale intelligente
Illuminazione stradale fotovoltaica pilota SolarTree nell'area di Shenzhen Qianhai:
Il tracciamento a doppio asse + celle in silicio monocristallino consentono di raggiungere una produzione media giornaliera di energia di 4,2 kWh, supportando 72 ore di durata della batteria in condizioni di pioggia e cielo nuvoloso.
Ripristino automatico in posizione orizzontale di notte per ridurre la resistenza al vento e fungere da piattaforma di montaggio per micro stazioni base 5G
5. Nave di dissalazione solare
Progetto “SolarSailor” delle Maldive:
La pellicola fotovoltaica flessibile è posata sul ponte dello scafo e il tracciamento della compensazione delle onde è ottenuto tramite un sistema di azionamento idraulico
Rispetto ai sistemi fissi, la produzione giornaliera di acqua dolce aumenta del 28%, soddisfacendo il fabbisogno giornaliero di una comunità di 200 persone
Tendenze di sviluppo tecnologico
Posizionamento a fusione multisensore: combina SLAM visivo e lidar per ottenere una precisione di tracciamento a livello centimetrico su terreni complessi
Ottimizzazione della strategia di guida dell'intelligenza artificiale: utilizzare l'apprendimento profondo per prevedere la traiettoria del movimento delle nuvole e pianificare in anticipo il percorso di tracciamento ottimale (gli esperimenti del MIT dimostrano che può aumentare la produzione giornaliera di energia dell'8%)
Progettazione di una struttura bionica: imitare il meccanismo di crescita dei girasoli e sviluppare un dispositivo autosterzante in elastomero a cristalli liquidi senza azionamento a motore (il prototipo del laboratorio tedesco KIT ha raggiunto una sterzata di ±30°)
Array fotovoltaico spaziale: il sistema SSPS sviluppato dalla JAXA giapponese realizza la trasmissione di energia a microonde attraverso un'antenna phased array e l'errore di tracciamento dell'orbita sincrona è <0,001°
Suggerimenti per la selezione e l'implementazione
Centrale fotovoltaica per il deserto, anti-usura da sabbia e polvere, funzionamento ad alta temperatura di 50°C, motore a riduzione armonica chiusa + modulo di dissipazione del calore con raffreddamento ad aria
Stazione di ricerca polare, avviamento a bassa temperatura di -60℃, antighiaccio e carico di neve, cuscinetto riscaldante + staffa in lega di titanio
Impianto fotovoltaico domestico distribuito, design silenzioso (<40 dB), installazione leggera sul tetto, sistema di inseguimento monoasse + motore CC brushless
Conclusione
Grazie ai progressi tecnologici come i materiali fotovoltaici a perovskite e le piattaforme di gestione e manutenzione basate su gemelli digitali, gli inseguitori solari completamente automatici si stanno evolvendo da "inseguimento passivo" a "collaborazione predittiva". In futuro, mostreranno un maggiore potenziale applicativo nei settori delle centrali solari spaziali, delle fonti di luce artificiale basate sulla fotosintesi e dei veicoli per l'esplorazione interstellare.
Data di pubblicazione: 11-02-2025