Tổng quan về thiết bị
Thiết bị theo dõi năng lượng mặt trời hoàn toàn tự động là một hệ thống thông minh có khả năng cảm nhận phương vị và độ cao của mặt trời theo thời gian thực, điều khiển các tấm pin quang điện, bộ tập trung năng lượng hoặc thiết bị quan sát để luôn duy trì góc chiếu sáng tốt nhất với tia nắng mặt trời. So với các thiết bị năng lượng mặt trời cố định, thiết bị này có thể tăng hiệu suất tiếp nhận năng lượng từ 20%-40%, và có giá trị quan trọng trong sản xuất điện năng lượng mặt trời, điều chỉnh ánh sáng nông nghiệp, quan sát thiên văn và các lĩnh vực khác.
Thành phần công nghệ cốt lõi
Hệ thống nhận thức
Mảng cảm biến quang điện: Sử dụng cảm biến hình ảnh CCD hoặc điốt quang bốn góc phần tư để phát hiện sự khác biệt trong phân bố cường độ ánh sáng mặt trời
Bù trừ thuật toán thiên văn: Định vị GPS tích hợp và cơ sở dữ liệu lịch thiên văn, tính toán và dự đoán quỹ đạo của mặt trời trong thời tiết mưa
Phát hiện hợp nhất nhiều nguồn: Kết hợp các cảm biến cường độ ánh sáng, nhiệt độ và tốc độ gió để đạt được vị trí chống nhiễu (chẳng hạn như phân biệt ánh sáng mặt trời với nhiễu ánh sáng)
Hệ thống điều khiển
Cấu trúc truyền động hai trục:
Trục quay ngang (góc phương vị): Động cơ bước điều khiển xoay 0-360°, độ chính xác ±0,1°
Trục điều chỉnh độ cao (góc nâng): Thanh đẩy tuyến tính đạt được khả năng điều chỉnh -15°~90° để thích ứng với sự thay đổi độ cao của mặt trời trong bốn mùa
Thuật toán điều khiển thích ứng: Sử dụng điều khiển vòng kín PID để điều chỉnh tốc độ động cơ một cách linh hoạt nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng
Cấu trúc cơ khí
Giá đỡ composite nhẹ: Vật liệu sợi carbon đạt tỷ lệ sức bền trên trọng lượng là 10:1 và mức cản gió là 10
Hệ thống ổ trục tự làm sạch: Cấp độ bảo vệ IP68, lớp bôi trơn graphite tích hợp và tuổi thọ hoạt động liên tục trong môi trường sa mạc vượt quá 5 năm
Các trường hợp ứng dụng điển hình
1. Nhà máy điện quang điện tập trung công suất cao (CPV)
Hệ thống theo dõi Array Technologies DuraTrack HZ v3 được triển khai tại Công viên năng lượng mặt trời ở Dubai, UAE, với các pin mặt trời đa điểm III-V:
Theo dõi hai trục cho phép chuyển đổi năng lượng ánh sáng hiệu quả 41% (giá đỡ cố định chỉ đạt 32%)
Được trang bị chế độ bão: khi tốc độ gió vượt quá 25m/s, tấm pin quang điện sẽ tự động điều chỉnh theo góc chống gió để giảm nguy cơ hư hỏng kết cấu
2. Nhà kính nông nghiệp năng lượng mặt trời thông minh
Đại học Wageningen ở Hà Lan tích hợp hệ thống theo dõi SolarEdge Sunflower vào nhà kính trồng cà chua:
Góc chiếu của ánh sáng mặt trời được điều chỉnh linh hoạt thông qua mảng phản xạ để cải thiện độ đồng đều của ánh sáng lên 65%
Kết hợp với mô hình tăng trưởng thực vật, nó tự động lệch 15° trong thời gian có ánh sáng mạnh vào buổi trưa để tránh làm cháy lá
3. Đài quan sát thiên văn vũ trụ
Đài quan sát Vân Nam thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc sử dụng hệ thống theo dõi xích đạo ASA DDM85:
Ở chế độ theo dõi sao, độ phân giải góc đạt 0,05 giây cung, đáp ứng nhu cầu tiếp xúc lâu dài với các vật thể trên bầu trời sâu
Sử dụng con quay hồi chuyển thạch anh để bù cho sự quay của Trái Đất, sai số theo dõi 24 giờ nhỏ hơn 3 phút cung
4. Hệ thống đèn đường thành phố thông minh
Đèn đường quang điện SolarTree thí điểm tại khu vực Thiên Hải, Thâm Quyến:
Theo dõi trục kép + các cell silicon đơn tinh thể giúp sản lượng điện trung bình hàng ngày đạt 4,2kWh, hỗ trợ thời lượng pin 72 giờ khi trời mưa và nhiều mây
Tự động đặt lại về vị trí nằm ngang vào ban đêm để giảm sức cản của gió và hoạt động như một nền tảng lắp đặt trạm gốc vi mô 5G
5. Tàu khử muối bằng năng lượng mặt trời
Dự án “SolarSailor” của Maldives:
Phim quang điện linh hoạt được đặt trên boong tàu và việc theo dõi bù sóng được thực hiện thông qua hệ thống truyền động thủy lực
So với hệ thống cố định, sản lượng nước ngọt hàng ngày tăng 28%, đáp ứng nhu cầu hàng ngày của cộng đồng 200 người.
Xu hướng phát triển công nghệ
Định vị hợp nhất đa cảm biến: Kết hợp SLAM trực quan và lidar để đạt được độ chính xác theo dõi ở cấp độ centimet dưới địa hình phức tạp
Tối ưu hóa chiến lược thúc đẩy AI: Sử dụng học sâu để dự đoán quỹ đạo chuyển động của các đám mây và lập kế hoạch đường đi theo dõi tối ưu trước (các thí nghiệm của MIT cho thấy nó có thể tăng sản lượng điện hàng ngày lên 8%)
Thiết kế cấu trúc sinh học: Mô phỏng cơ chế sinh trưởng của hoa hướng dương và phát triển thiết bị tự lái bằng chất đàn hồi tinh thể lỏng mà không cần động cơ (nguyên mẫu của phòng thí nghiệm KIT của Đức đã đạt được góc lái ±30°)
Mảng quang điện không gian: Hệ thống SSPS do JAXA của Nhật Bản phát triển thực hiện truyền năng lượng vi sóng thông qua ăng-ten mảng pha và lỗi theo dõi quỹ đạo đồng bộ là <0,001°
Đề xuất lựa chọn và triển khai
Nhà máy điện quang điện sa mạc, chống mài mòn cát và bụi, hoạt động ở nhiệt độ cao 50℃, động cơ giảm sóng hài kín + mô-đun tản nhiệt làm mát bằng không khí
Trạm nghiên cứu vùng cực, khởi động ở nhiệt độ thấp -60℃, tải chống băng và tuyết, ổ trục sưởi ấm + giá đỡ hợp kim titan
Hệ thống quang điện phân phối tại nhà, thiết kế êm ái (<40dB), lắp đặt trên mái nhà nhẹ, hệ thống theo dõi trục đơn + động cơ DC không chổi than
Phần kết luận
Với những đột phá trong công nghệ như vật liệu quang điện perovskite và nền tảng vận hành và bảo trì bản sao kỹ thuật số, các thiết bị theo dõi năng lượng mặt trời hoàn toàn tự động đang phát triển từ "theo dõi thụ động" sang "hợp tác dự đoán". Trong tương lai, chúng sẽ cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn hơn trong các lĩnh vực trạm năng lượng mặt trời không gian, nguồn sáng nhân tạo quang hợp và phương tiện thám hiểm liên sao.
Thời gian đăng: 11-02-2025