Das Herzstück des vollautomatischen Solartrackers liegt in der präzisen Erfassung des Sonnenstandes und der entsprechenden Anpassung. Ich werde seine Anwendungsbereiche anhand verschiedener Beispiele erläutern und sein Funktionsprinzip detailliert anhand dreier Schlüsselelemente darstellen: Sensorerfassung, Analyse und Entscheidungsfindung im Steuerungssystem sowie mechanische Getriebeanpassung.
Das Funktionsprinzip des vollautomatischen Solartrackers basiert im Wesentlichen auf der Echtzeitüberwachung und präzisen Steuerung des Sonnenstands. Durch das koordinierte Zusammenwirken von Sensoren, Steuerungssystemen und mechanischen Übertragungseinrichtungen wird eine automatische Sonnennachführung erreicht, und zwar wie folgt:
Sonnenpositionsbestimmung: Der vollautomatische Solartracker nutzt mehrere Sensoren, um die Sonnenposition in Echtzeit zu erfassen. Gängige Verfahren kombinieren fotoelektrische Sensoren mit astronomischen Kalenderberechnungen. Fotoelektrische Sensoren bestehen in der Regel aus mehreren, unterschiedlich ausgerichteten Photovoltaikzellen. Bei Sonneneinstrahlung ist die von jeder Zelle empfangene Lichtintensität unterschiedlich. Durch den Vergleich der Ausgangssignale der verschiedenen Photovoltaikzellen lassen sich Azimut und Höhenwinkel der Sonne bestimmen. Die Berechnungsregeln des astronomischen Kalenders basieren auf den Gesetzen der Erdrevolution und der Erdrotation um die Sonne. In Kombination mit Informationen wie Datum, Uhrzeit und geografischer Position wird so die theoretische Sonnenposition am Himmel mithilfe vordefinierter mathematischer Modelle berechnet. Bei großen Solarkraftwerken liefern hochpräzise Sonnenpositionssensoren durch die Überwachung von Azimut und Höhenwinkel der Sonne die notwendigen Daten für nachfolgende Justierungen.
Signalverarbeitung und Steuerungsentscheidung: Das vom Sensor erfasste Sonnenpositionssignal wird an das Steuerungssystem, üblicherweise einen eingebetteten Mikroprozessor oder ein Computersteuerungssystem, übertragen. Das Steuerungssystem analysiert und verarbeitet die Signale, vergleicht die vom Sensor erfasste tatsächliche Sonnenposition mit dem aktuellen Winkel des Photovoltaikmoduls oder der Beobachtungseinrichtung und berechnet die zu korrigierende Winkeldifferenz. Anschließend werden basierend auf der voreingestellten Steuerungsstrategie und dem Algorithmus entsprechende Steuerbefehle generiert, um die mechanische Antriebsvorrichtung zur Winkelkorrektur anzusteuern. Bei astronomischen Forschungsbeobachtungen kann das Steuerungssystem nach der Einstellung der Beobachtungsparameter über eine Computersoftware automatisch analysieren und die Winkelkorrektur der Beobachtungseinrichtung gemäß dem voreingestellten Programm vornehmen.
Mechanische Kraftübertragung und Winkeleinstellung: Die Anweisungen des Steuerungssystems werden an die mechanische Kraftübertragungseinheit weitergeleitet. Gängige Methoden der mechanischen Kraftübertragung sind elektrische Schubstangen, Schrittmotoren in Kombination mit Zahnrädern oder Gewindespindeln usw. Nach Erhalt der Anweisung dreht oder neigt die mechanische Kraftübertragungseinheit die Halterung des Photovoltaikmoduls oder der Beobachtungseinrichtung entsprechend und richtet diese senkrecht oder in einem bestimmten Winkel zum Sonnenlicht aus. Beispielsweise passt bei Photovoltaikanlagen in landwirtschaftlichen Gewächshäusern der einachsige, vollautomatische Solartracker den Winkel der Photovoltaikmodule mithilfe der mechanischen Kraftübertragungseinheit gemäß den Anweisungen des Steuerungssystems an, um sicherzustellen, dass die Pflanzen ausreichend Licht erhalten und gleichzeitig eine effiziente Nutzung der Sonnenstrahlung gewährleistet ist.
Feedback und Korrektur: Um die Nachführgenauigkeit zu gewährleisten, verfügt das System über einen Feedback-Mechanismus. Winkelsensoren sind üblicherweise an mechanischen Übertragungseinrichtungen installiert, um den tatsächlichen Winkel der Photovoltaikmodule oder der Beobachtungseinrichtung in Echtzeit zu überwachen und diese Winkelinformation an das Steuerungssystem zurückzumelden. Das Steuerungssystem vergleicht den Ist-Winkel mit dem Soll-Winkel. Bei einer Abweichung gibt es einen Korrekturbefehl aus, um den Winkel zu korrigieren und die Nachführgenauigkeit sicherzustellen. Durch kontinuierliche Erfassung, Berechnung, Anpassung und Feedback kann der vollautomatische Solartracker die Veränderungen der Sonnenposition kontinuierlich und präzise nachführen.
Ein Fallbeispiel zur Verbesserung der Stromerzeugungseffizienz von großen Solarkraftwerken
(1) Projekthintergrund
Ein großes Freiflächen-Solarkraftwerk in den USA hat eine installierte Leistung von 50 Megawatt. Ursprünglich wurden die Photovoltaikmodule mit festen Halterungen befestigt. Da die sich ändernde Sonnenposition nicht in Echtzeit nachgeführt werden konnte, war die von den Modulen empfangene Sonneneinstrahlung begrenzt, was zu einem relativ geringen Wirkungsgrad der Stromerzeugung führte. Insbesondere in den frühen Morgen- und späten Abendstunden sowie während der Jahreszeitenwechsel waren die Stromverluste erheblich. Um den Wirkungsgrad des Kraftwerks zu verbessern, hat der Betreiber beschlossen, einen automatischen Solartracker einzuführen.
(2) Lösungen
Die Halterungen der Photovoltaikmodule im Kraftwerk werden gruppenweise ausgetauscht und durch vollautomatische Zweiachsen-Solartracker ersetzt. Diese Tracker überwachen Azimut und Höhenwinkel der Sonne in Echtzeit mithilfe hochpräziser Solarpositionssensoren. In Kombination mit einem fortschrittlichen Steuerungssystem justieren sie die Halterungen automatisch und stellen so sicher, dass die Photovoltaikmodule stets senkrecht zur Sonne ausgerichtet sind. Gleichzeitig ist der Tracker mit dem intelligenten Managementsystem des Kraftwerks verbunden, um Fernüberwachung und frühzeitige Störungserkennung zu ermöglichen.
(3) Umsetzungseffekt
Nach der Installation des vollautomatischen Solartrackers konnte die Stromerzeugungseffizienz des Solarkraftwerks deutlich verbessert werden. Statistiken zufolge stieg die jährliche Stromerzeugung im Vergleich zu vorher um 25 bis 30 Prozent, mit einem signifikanten Anstieg der durchschnittlichen Tagesstromerzeugung. In Zeiten mit schlechten Lichtverhältnissen, wie im Winter oder an Regentagen, ist der Vorteil der Stromerzeugung noch deutlicher. Die Rentabilität des Kraftwerks hat sich erheblich erhöht, und es wird erwartet, dass sich die Kosten für die Modernisierung der Anlage zwei bis drei Jahre früher amortisieren.
Ein Fallbeispiel für präzise Positionierung bei astronomischen wissenschaftlichen Forschungsbeobachtungen
(1) Projekthintergrund
Als ein astronomisches Forschungsinstitut in Russland Sonnenbeobachtungsstudien durchführte, reichte die herkömmliche manuelle Justierung der Beobachtungsgeräte nicht aus, um die Anforderungen an eine hochpräzise und langfristige Nachführung und Beobachtung der Sonne zu erfüllen. Dies erschwerte die Gewinnung kontinuierlicher und genauer Sonnendaten. Um das Niveau der wissenschaftlichen Forschung und Beobachtung zu verbessern, entschied sich das Institut daher für den Einsatz vollautomatischer Sonnennachführungssysteme.
(2) Lösungen
Für die wissenschaftliche Forschung wurde ein hochpräziser, vollautomatischer Solartracker ausgewählt. Dieser Tracker erreicht eine Positioniergenauigkeit von bis zu 0,1° und zeichnet sich durch hohe Stabilität und Störfestigkeit aus. Er ist fest mit wissenschaftlichen Beobachtungsgeräten wie Sonnenteleskopen und Spektrometern verbunden und präzise kalibriert. Die Beobachtungsparameter werden über eine Computersoftware eingestellt, sodass der Tracker den Winkel der Beobachtungsgeräte gemäß dem voreingestellten Programm automatisch anpasst und die Sonnenbahn in Echtzeit verfolgt.
(3) Umsetzungseffekt
Nach der Inbetriebnahme des vollautomatischen Solartrackers können Forscher die Sonne problemlos langfristig und hochpräzise verfolgen und beobachten. Die Kontinuität und Genauigkeit der Beobachtungsdaten wurden deutlich verbessert, wodurch Datenverluste und Fehler aufgrund verspäteter Geräteanpassungen effektiv reduziert werden. Mithilfe dieses Trackers konnte das Forschungsteam umfangreichere Daten zur Sonnenaktivität gewinnen und wichtige wissenschaftliche Ergebnisse in Bereichen wie der Sonnenfleckenforschung und der Koronabeobachtung erzielen.
Ein Fallbeispiel zur kollaborativen Optimierung von Photovoltaikanlagen in landwirtschaftlichen Gewächshäusern
(1) Projekthintergrund
In einem bestimmten landwirtschaftlichen Gewächshaus mit integrierter Photovoltaikanlage in Brasilien sind die Photovoltaikmodule fest installiert. Obwohl der Lichtbedarf der Pflanzen im Gewächshaus gedeckt wird, kann die Solarenergie nicht vollständig zur Stromerzeugung genutzt werden. Um die landwirtschaftliche Produktion und die Photovoltaik-Stromerzeugung optimal aufeinander abzustimmen und den Gesamtertrag des Gewächshauses zu steigern, hat der Betreiber beschlossen, vollautomatische Solartracker zu installieren.
(2) Lösungen
Installieren Sie einen einachsigen, vollautomatischen Solartracker. Dieser Tracker passt den Winkel der Photovoltaikmodule automatisch an den Sonnenstand an. So wird die Sonneneinstrahlung für die Pflanzen im Gewächshaus optimal genutzt, wobei Dauer und Intensität des Sonnenlichts gewährleistet sind. Dank des intelligenten Steuerungssystems lässt sich der Winkel der Photovoltaikmodule so einstellen, dass eine zu starke Sonneneinstrahlung das Pflanzenwachstum nicht beeinträchtigt. Der Tracker ist zudem mit dem Umweltüberwachungssystem des Gewächshauses verbunden und passt den Winkel der Photovoltaikmodule in Echtzeit an die Wachstumsbedürfnisse der Pflanzen an.
(3) Umsetzungseffekt
Nach der Installation des vollautomatischen Solartrackers konnte die Photovoltaik-Stromerzeugung in den Gewächshäusern um etwa 20 % gesteigert werden. Dadurch wird die Solarenergie effizient genutzt, ohne das normale Pflanzenwachstum zu beeinträchtigen. Dank gleichmäßigerer Lichtverhältnisse gedeihen die Pflanzen im Gewächshaus besser, was zu höheren Erträgen und besserer Qualität führt. Die Synergie zwischen Landwirtschaft und Photovoltaikbranche ist bemerkenswert, und die Gesamteinnahmen der Gewächshäuser haben sich im Vergleich zu vorher um 15 bis 20 % erhöht.
Die obigen Beispiele veranschaulichen die Anwendungserfolge vollautomatischer Solartracker in verschiedenen Bereichen. Wenn Sie mehr über konkrete Anwendungsfälle erfahren möchten oder Anregungen zur inhaltlichen Anpassung haben, kontaktieren Sie mich bitte jederzeit.
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Veröffentlichungsdatum: 18. Juni 2025