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Solar Tracking System: Der beste Weg für PV-Module, der Sonne zu folgen

Photovoltaikanlagen (PV) werden traditionell mit einer festen Ausrichtung und einem festen Neigungswinkel installiert, um die Leistungsabgabe das ganze Jahr über zu optimieren. Als Stand der Sonne Änderungen am Himmel aufgrund der geneigten Achse der Erde und ihrer Umlaufbahn um die Sonne kann die Solarstromproduktion der PV-Anlage verringert werden, wo Solar-Tracking-Systeme nützlich sind.

Solar-Tracking-Systeme sind ein wichtiges Instrument zur Aufrechterhaltung der Stromproduktion von PV-Anlagen das ganze Jahr über auf ihrem Höhepunkt. Diese Trackingsysteme verfügen über unterschiedliche Bewegungsgrade, Antriebssysteme und mehr.

In diesem Artikel lernen Sie die Grundlagen von Solar-Tracking-Systemen, ihre unterschiedlichen Konfigurationen und relevante Informationen kennen, die Ihnen dabei helfen, festzustellen, ob sie für Sie geeignet sind.

Was sind Solartracker und wie funktionieren sie? Die Grundlagen begreifen

Solartracker rüsten PV-Anlagen auf, indem sie den Modulen die erforderliche Kapazität verleihen um die Richtung zu ändern, in die sie blicken. Dies wird durch den Einbau eines oder mehrerer mechanischer oder elektromechanischer Gelenke erreicht, die Bewegung in die Basis eines oder mehrerer Module einleiten. Ein Solarpanel-Tracker kann entweder nach seinem Antriebssystem oder dem Grad seiner Bewegung kategorisiert werden.

Herkömmliche PV-Systeme werden in einer festen Ausrichtung aus Azimut und Neigungswinkel installiert. Die optimale Konfiguration erfordert die Ausrichtung der Module wahrer Süden oder 180° vom Azimut, mit einem Neigungswinkel, der dem Breitengrad Ihres Standorts entspricht.

Ein Solar-Tracking-System ermöglicht es, Module ganzjährig und den ganzen Tag über senkrecht zur Sonne auszurichten. Erhöhung der Spitzenstromproduktion für das gesamte System. Da Solartracker teurer sind, sind sie in Industrie- und Versorgungsanwendungen häufiger anzutreffen als in Wohngebäuden.

Durch den Einsatz moderner Technologie sind Solar-Tracking-Systeme robuster und technologisch komplexer geworden. Solartracker umfassen jetzt Anemometer, Solarsensoren, GPS-Geräte und andere Sensoren, die in die Software des Geographical Information System (GIS) integriert sind. Die intelligenten Sensoren können das Wetter verfolgen und Hand in Hand mit einer Solar-Tracking-Software arbeiten, die maschinelles Lernen nutzt, um Wolkenmuster, den Sonnenstand am Himmel und andere wetterbedingte Ereignisse vorherzusagen.

Bewegungsgrad bei Solartrackern: einachsig vs. zweiachsig

Einer der Hauptaspekte zur Kategorisierung eines Solartrackers ist sein Bewegungsgrad. Solarnachführsysteme verfügen in der Regel über ein einachsiges oder zweiachsiges System.

Tilted Single-Axis Tracker (TSAT)

Einer der am häufigsten verwendeten und kostengünstigsten verfügbaren Solartracker ist der Tilted Single-Axis Tracker (TSAT). Diese Solartracker können für konzipiert sein horizontale oder vertikale Achsenbewegung, wobei der für jedes PV-System erforderliche Tracker je nach geografischem Standort, an dem die Module installiert sind, unterschiedlich ist.

Horizontaler einachsiger Solartracker

Der Solartracker mit horizontaler Achse ändert den Neigungswinkel des PV-Moduls mit der Ost-West-Bewegung und hält die Ausrichtung den ganzen Tag über konstant. Diese Solartracker sind ideal, um die beste Leistung aus PV-Systemen in niedrigen Breitengraden oder tropischen Regionen herauszuholen. An diesen Orten sind die Tage kürzer und die Sonne erreicht mittags einen höheren Stand am Himmel.

Der Solartracker mit vertikaler Achse behält einen festen Neigungswinkel bei und nutzt gleichzeitig eine Nord-Süd-Bewegung für die Ausrichtung, um der Sonne den ganzen Tag über zu folgen. Die PV-Systeme, die die beste Leistung aus vertikalen Solartrackern herausholen, sind diejenigen, die an Standorten in hohen Breitengraden installiert werden, wo die Tage im Sommer länger dauern, die Sonne jedoch nicht so hoch am Himmel steht.

Zweiachsiger Solartracker

Die vielseitigsten und leistungsstärksten Solar-Tracker-Systeme auf dem Markt verfügen über zwei Bewegungsgrade, sogenannte Dual-Axis-Solar-Tracker. Ein zweiachsiger Solartracker kann den Winkel des Moduls mit einer horizontalen Ost-West-Bewegung und die Ausrichtung mit einer vertikalen Nord-Süd-Bewegung neigen und so mit den PV-Modulen den ganzen Tag über der Sonne folgen.

Ein Solarpanel-Tracking-System kann für überall auf der Welt installierte PV-Anlagen nützlich sein. Diese Systeme sind präzise, ​​haben aber auch einen deutlich höheren Preis, weshalb sie es sind meistens verwendet in solarthermischen Kraftwerken und für konzentrierte Photovoltaik.

Interessante Variationen von Vertikalachsen-Trackern

Visionäre Architekten auf der ganzen Welt haben in Zusammenarbeit mit Elektroingenieuren hochinteressante Anwendungen für Vertikalachsen-Tracker entwickelt. Anstatt den typischen einachsigen Tracker auf ein PV-Modul anzuwenden, bringen einige Gehäusedesigns die Solarnachführung auf die nächste Ebene, indem sie das gesamte Gebäude, in dem die PV-Module installiert sind, drehen.

Zwillingshaus mit Solar-Tracking-Technologie ausgestatteter Solarfassade
„Gemini House“ von Roland Mosl, lizenziert unter CC BY-SA. Das Bild wurde mit Zuschnitt bearbeitet.

Einer der Prototypen ist der Gemini House wurde 1991 von Roland Mosl gegründet. Dieser österreichische Entwurf für ein Haus zeigt ein zylindrisches Haus, das sich ständig dreht und der Sonne folgt, um eine 150 Quadratmeter große PV-Anlage freizulegen.

Ein ähnliches Konzept wie das Gemini House stammt vom Architekten Ralph Disch mit der Entstehung von The Heliotrope. Das Heliotrope ist ein erhöhtes Haus mit einer auf dem Dach montierten PV-Anlage, die durch die Bewegung des Hauses in der vertikalen Achse ständig der Sonne ausgesetzt ist. Dieses Nullenergiehaus verfügt außerdem über solarthermische Rohre und kann bis zum Fünffachen dessen erzeugen, was die Familie verbraucht.

Ein weiteres interessantes Konzept ist das Revolt House, vorgeschlagen vom Delfter Team. Das Revolt House ist ein schwimmendes Haus, das sich auf dem Wasser dreht. Obwohl es nicht speziell für PV-Anwendungen konzipiert ist, ist es so konzipiert, dass es der Sonne folgt und die Sonnenstrahlung nutzt, um das Haus im Winter zu heizen und im Sommer zu kühlen. Um das bereits rotierende Haus zu nutzen, kann eine PV-Anlage installiert werden.

Antriebssysteme für Solartracker: Manuelle, passive und aktive Solartracker

Der zweitwichtigste Aspekt zur Kategorisierung eines Solarpanel-Trackers ist sein Antriebssystem. Dies ist der Mechanismus, mit dem die Achse bewegt wird, um die Position des Moduls anzupassen. Das Antriebssystem für Solartracker kann sein manuell, passiv oder aktiv.

Manueller Solar-Tracker

Das manuelle Solarpanel-Tracking-System ist das grundlegendste Antriebssystem. Solartracker mit diesem Antriebssystem verfügen über ein oder mehrere mechanische Gelenke, mit denen die Position des Moduls angepasst wird. Die Anzahl der beweglichen Teile variiert, je nachdem, ob der Solartracker ein- oder zweiachsig ist.

Passiver Solar-Tracker

Passive Solartracker Verwenden Sie eine komprimierte Gasflüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt für den Aktuator, der das Modul aufgrund der unausgeglichenen Beleuchtung neu positionieren muss. Wenn die komprimierte Gasflüssigkeit teilweise Sonnenlicht erhält, ändert sie ihre Dichte, indem sie sich beim Sieden ausdehnt oder sich beim Abkühlen zusammenzieht, wodurch sich die Dichte ändert und das Gleichgewicht im Montagesystem wiederhergestellt wird.

Aktiver Solar-Tracker

Aktive Solartracker implementieren Aktoren, die die Position des PV-Moduls ein- oder zweiachsig aktiv verändern. Die Aktoren, die für das Antriebssystem in aktiven Solartrackern verwendet werden kann einen Elektromotor oder ein mechanisches System bestehend aus Hydraulikzylindern umfassen. Diese Systeme bewegen die Module automatisch, um sie mit Echtzeit-Tracking-Sensoren direkt der Sonne auszusetzen.

Wo werden Solar-Tracking-Systeme installiert?

Solar-Tracking-Systeme sind ein großartiges Werkzeug, um die Leistung einer PV-Anlage zu verbessern, sie sind jedoch nicht immer für alle Anwendungen geeignet. In diesem Abschnitt erklären wir, wo Solar-Tracking-Systeme üblicherweise installiert werden.

Wohnanwendungen

Die fortschrittlichsten Solar-Tracking-Systeme sind aufgrund der hohen Anschaffungs- und Wartungskosten nicht für Wohnanwendungen geeignet. Ein weiterer Grund dafür, dass Solartracker nicht in Wohngebäuden eingesetzt werden, besteht darin, dass die meisten dieser Trackinggeräte für bodenmontierte PV-Anlagen konzipiert sind, während die meisten privaten PV-Systeme auf dem Dach des Hauses installiert werden.

Obwohl dies nicht üblich ist, können Hausbesitzer dennoch ein Solar-Tracker-Kit erwerben und damit die Leistung der PV-Anlage in ihren Häusern verbessern. Kostengünstige Solartracker können die Leistung von PV-Modulen verbessern bis 37%Sie sind jedoch an Standorten wirtschaftlicher, an denen der Strom teurer ist, und die zusätzliche Leistung kann zu großen Stromeinsparungen führen.

Zweiachsige Solartracker erfordern möglicherweise fast doppelt so viele bewegliche Teile wie einachsige. Die hohe Anzahl an Komponenten führt zu höheren Kosten für die zweiachsigen Solartracker im Vergleich zu den einachsigen. Aus diesem Grund wird empfohlen, horizontale einachsige Tracker an Standorten mit niedrigem Breitengrad und vertikale einachsige Tracker an Standorten mit hohem Breitengrad zu installieren, anstatt sich für zweiachsige Tracker zu entscheiden.

Aufgrund ihrer geringen Kosten empfehlen sich manuelle Tracker auch für Wohnanwendungen, da sie dazu verwendet werden können, Module im Winter in einem 15-Grad-Winkel auszurichten, um den verschobenen Sonnenstand am Himmel auszugleichen. Passive Solartracker haben außerdem relativ geringe Kosten, weshalb sie eine sinnvolle Option darstellen, während aktive Solartracker mit ihren hohen Kosten in den meisten Fällen keine wirtschaftlich sinnvolle Option darstellen.

Kommerzielle und industrielle Anwendungen

Gewerbliche, industrielle und großtechnische PV-Systeme können von der Implementierung von Solarpanel-Tracking-Systemen stark profitieren. Die Leistungssteigerung, die eine große PV-Anlage mit Solartrackern erzielen kann steigt bis zu 45 %, weshalb Nachführsysteme in hochprofitablen Solarkraftwerken üblich sind.

Die Installation einachsiger Solartracker an einem Solarkraftwerk hat sich bewährt Steigerung der Stromproduktion um 25 % in einigen Studien, während andere eine zeigen Leistungssteigerung um 40 %. Zweiachsige Solartracker können das bewältigen Leistungssteigerung um bis zu 45 %, aber einige PV-Kraftwerksinvestoren neigen dazu, sich für einachsige Solartracker zu entscheiden, weil sie bei geringeren Kosten einen höheren Gewinn erzielen.

C&I-Anwendungen von Solar-Tracking-Systemen

Das Antriebssystem für große PV-Anlagen variiert normalerweise zwischen passiven und aktiven Antriebssystemen. Manuelle Solartracker verursachen hohe Betriebskosten und sind nur in Entwicklungsländern mit niedrigeren Arbeitskosten wirtschaftlich machbar. Passive und aktive Solartracker stellen in entwickelten Ländern eine bessere Option dar, das spezifische System sollte jedoch nach einer detaillierten Analyse unter Berücksichtigung der Stromgestehungskosten (LCOE) und der Rentabilität unter Berücksichtigung der Kosten für Tracker und Wartung festgelegt werden.

Vor- und Nachteile von Solartrackern

Solartracker können über unterschiedliche Bewegungsgrade und Antriebssysteme verfügen, bringen aber insgesamt viele Vorteile gegenüber PV-Systemen mit sich und stellen nur wenige Nachteile dar. In diesem Abschnitt stellen wir die wichtigsten Vor- und Nachteile von Solartrackern vor und analysieren sie.

Vorteile

Die Solarstromproduktion wird den ganzen Tag über maximiert

Solartracker enthüllen PV-Module senkrecht zur Sonne oder so nah wie möglich, wodurch die Produktion von Solarstrom in einer PV-Anlage erhöht wird. Dies erhöht den solaren Gewinn und die Leistung der Anlage um 20 % bis 45 % abhängig von der Art des verwendeten Solartrackers.

Solartracker passen sich an alle Arten von PV-Anlagen an allen Standorten an

Einer der größten Vorteile eines Solarpanel-Trackers besteht darin, dass er intensiv erforscht wurde und geeignete Lösungen für PV-Systeme auf der ganzen Welt bietet. Abhängig von Ihrem Standort und dem verfügbaren Platz können Sie unterschiedliche Tracking-Lösungen verwenden, um die Leistung Ihrer PV-Anlage zu verbessern.

PV-Anlagen mit begrenztem Platzangebot können den Solarertrag um bis zu 45 % steigern

In einigen Fällen verfügen Besitzer von PV-Anlagen zwar über genügend Ressourcen, aber nur über begrenzten Platz, um eine Solaranlage unterzubringen. In diesem Fall kann sich die Investition in ein Solar-Tracking-System als rentabel erweisen, da sich die Solargewinne beim Einsatz von zweiachsigen Solar-Trackern um bis zu 45 % steigern lassen.

Bei großflächigen PV-Freiflächenanlagen wird die Rentabilität deutlich gesteigert

Kleinere PV-Systeme weisen geringe Gewinne auf, wenn man die Kosten des Solar-Tracker-Systems mit den solaren Gewinnen vergleicht, aber die Rentabilität macht sich bei großen bodenmontierten PV-Anlagen deutlicher bemerkbar. Die Installation des richtigen Solarpanel-Tracking-Systems erhöht auch die Solargewinne und hält gleichzeitig die Kosten auf einem Minimum.

Integration mit Solar-Tracker-Software

Solar-Tracking-Software kann in Solar-Tracker integriert werden und zukünftige Wetter- und Klimamuster analysieren, um das vorherzusagen Leistungsabgabe der Module. Die gesammelten Wetterinformationen können auch für andere multidisziplinäre Forschungszwecke im Zusammenhang mit dem Wetter verwendet werden.

Nachteile

Teurer als feste Montagesysteme

Die hohen Kosten von Solartrackern sind einer der Hauptnachteile im Vergleich zu Festmontagesystemen. In manchen Fällen sind die Kosten so hoch, dass der Einsatz von Solartrackern den ROI um einige Jahre steigern kann.

Höherer Wartungsbedarf

Abgesehen von den höheren Vorabkosten erfordern Solartracker auch eine regelmäßige Wartung. Dies führt nicht nur zu einer zusätzlichen Aufgabe, die an der PV-Anlage ausgeführt werden muss, sondern auch zu zusätzlichen Kosten für die Stromgestehungskosten.

Wie hoch sind die geschätzten Kosten für Solar-Tracking-Systeme? Sind sie für Wohnanwendungen geeignet?

Angesichts der unterschiedlichen Antriebssysteme und Bewegungsgrade, die zur Gestaltung des Trackers verwendet werden können, gibt es für Solartracker eine große Preisspanne. Andere Faktoren, wie die Anzahl der pro Tracker zugewiesenen Module, das Design, die Qualität der Materialien und der Hersteller, können den Verkaufspreis beeinflussen.

Die Kosten für einen einachsigen Solartracker können auf etwa 500 US-Dollar geschätzt werden, während der Preis für einen zweiachsigen Solartracker auf etwa 1,000 US-Dollar steigen kann. In Anbetracht dieser hohen Kosten für das Nachführsystem wäre der Einbau von Solartrackern in eine PV-Anlage sinnvoll Erhöhen Sie den Preis um 40 % bis zu 100 %..

PV-Anlagen in den USA haben einen durchschnittlichen Return on Investment (ROI) von 10 Jahren. Während Solartracker die Leistung der PV-Anlage um etwa 40 % steigern können, könnten sie auch die Kosten um etwa 40 % und mehr erhöhen, sodass der ROI bei 10 Jahren oder mehr bleibt. In diesem speziellen Fall scheint die Installation von Solartrackern für eine Wohnanwendung wirtschaftlich nicht machbar.

Eine alternative Option wäre die Entwicklung und Herstellung eines günstigeren Solartrackers. Zu den verfügbaren Projekten gehören unter anderem die Herstellung von a Zweiachsiger Solartracker mit einem Arduino, und ein anderer entwirft a maßgeschneiderter, kostengünstiger Solar-Tracker zum Preis von etwas weniger als 150 US-Dollar.

Vorwort: Passen Solartracker zu Ihrer PV-Anlage?

Die wirtschaftliche Machbarkeit eines Solartrackers sollte unter Berücksichtigung analysiert werden der ROI, eine verbesserte Leistung bei der Leistungsabgabe des Systems, die Stromgestehungskosten sowie die Betriebs- und Wartungskosten (O&M).

Für kommerzielle, industrielle und großtechnische Anwendungen haben sich Solartracker bewährt, die in die Stromgestehungskosten einbezogen werden eine richtige Passform für die PV-Anlage, wodurch die Leistung und Rentabilität der Anlage gesteigert wird und sich die Investition lohnt.

Für Wohnanwendungen empfehlen wir eine Einzelfallanalyse. Einige Standorte mit hohen Stromkosten können von einem Solarpanel-Tracking-System profitieren, aber im Allgemeinen werden sie nicht empfohlen, da Solar-Tracker im Einzelhandel viel kosten und einen unnötigen Wartungsaufwand mit sich bringen, was sich als eher kostspielig als profitabel erweist.

Wenn Sie den ROI Ihres PV-Systems analysieren und nach kostengünstigen Solar-Trackern suchen, einschließlich DIY-Projekten oder Solar-Tracker-Kits, könnten Sie feststellen, dass Solar-Tracker genau das Richtige für Sie sind. Die Implementierung erschwinglicher Solartracker in ein PV-System mit Solargewinnen von bis zu 40 % könnte den ROI um einige Jahre erheblich reduzieren und sogar den Gesamtwert Ihres PV-Systems steigern.

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