Geräteübersicht
Der vollautomatische Solartracker ist ein intelligentes System, das den Azimut und die Höhe der Sonne in Echtzeit erfasst und Photovoltaikmodule, Konzentratoren oder Beobachtungsgeräte so steuert, dass sie stets den optimalen Winkel zur Sonneneinstrahlung beibehalten. Im Vergleich zu stationären Solaranlagen kann er die Energiegewinnungseffizienz um 20 bis 40 % steigern und ist von großer Bedeutung für die Photovoltaik-Stromerzeugung, die landwirtschaftliche Lichtregulierung, die astronomische Beobachtung und andere Bereiche.
Zusammensetzung der Kerntechnologie
Wahrnehmungssystem
Photoelektrisches Sensor-Array: Verwenden Sie eine Vier-Quadranten-Fotodiode oder einen CCD-Bildsensor, um den Unterschied in der Verteilung der Sonnenlichtintensität zu erkennen
Kompensation astronomischer Algorithmen: Integrierte GPS-Positionierung und astronomische Kalenderdatenbank, Berechnung und Vorhersage der Sonnenbahn bei Regenwetter
Multi-Source-Fusionserkennung: Kombinieren Sie Lichtintensitäts-, Temperatur- und Windgeschwindigkeitssensoren, um eine störungsfreie Positionierung zu erreichen (z. B. Unterscheidung zwischen Sonnenlicht und Lichtstörungen).
Steuerungssystem
Zweiachsige Antriebsstruktur:
Horizontale Rotationsachse (Azimut): Schrittmotor steuert 0-360° Rotation, Genauigkeit ±0,1°
Neigungsverstellachse (Elevationswinkel): Lineare Schubstange ermöglicht eine Einstellung von -15° bis 90° zur Anpassung an die Veränderung der Sonnenhöhe in vier Jahreszeiten
Adaptiver Regelalgorithmus: Verwenden Sie die PID-Regelung, um die Motordrehzahl dynamisch anzupassen und so den Energieverbrauch zu senken
Mechanischer Aufbau
Leichte Verbundhalterung: Kohlefasermaterial erreicht ein Festigkeits-Gewichts-Verhältnis von 10:1 und einen Windwiderstand von 10
Selbstreinigendes Lagersystem: Schutzart IP68, eingebaute Graphit-Schmierschicht und Dauerbetriebslebensdauer in Wüstenumgebungen über 5 Jahre
Typische Anwendungsfälle
1. Hochleistungs-Konzentrations-Photovoltaikkraftwerk (CPV)
Das Nachführsystem DuraTrack HZ v3 von Array Technologies wird im Solarpark in Dubai, VAE, mit III-V-Mehrfachsolarzellen eingesetzt:
Die zweiachsige Nachführung ermöglicht eine Lichtenergieumwandlungseffizienz von 41 % (feste Halterungen nur 32 %)
Ausgestattet mit Hurrikan-Modus: Wenn die Windgeschwindigkeit 25 m/s überschreitet, wird das Photovoltaikmodul automatisch in einen windbeständigen Winkel eingestellt, um das Risiko von Strukturschäden zu verringern
2. Intelligentes landwirtschaftliches Solargewächshaus
Die Universität Wageningen in den Niederlanden integriert das SolarEdge Sunflower-Tracking-System in das Tomatengewächshaus:
Der Einfallswinkel des Sonnenlichts wird durch das Reflektor-Array dynamisch angepasst, um die Gleichmäßigkeit des Lichts um 65 % zu verbessern
In Kombination mit dem Pflanzenwachstumsmodell lenkt es während der starken Lichtperiode am Mittag automatisch um 15° ab, um ein Verbrennen der Blätter zu vermeiden
3. Weltraumastronomische Beobachtungsplattform
Das Yunnan-Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften verwendet das äquatoriale Trackingsystem ASA DDM85:
Im Sternverfolgungsmodus erreicht die Winkelauflösung 0,05 Bogensekunden und erfüllt damit die Anforderungen der Langzeitbelichtung von Deep-Sky-Objekten
Durch die Verwendung von Quarzgyroskopen zur Kompensation der Erdrotation beträgt der 24-Stunden-Tracking-Fehler weniger als 3 Bogenminuten
4. Intelligentes Straßenbeleuchtungssystem für Städte
Pilotprojekt für Photovoltaik-Straßenlaternen von SolarTree im Gebiet Shenzhen Qianhai:
Durch die zweiachsige Nachführung und die monokristallinen Siliziumzellen wird eine durchschnittliche tägliche Stromerzeugung von 4,2 kWh erreicht, was eine Batterielebensdauer von 72 Stunden bei Regen und Bewölkung ermöglicht.
Wird nachts automatisch in die horizontale Position zurückgesetzt, um den Windwiderstand zu verringern und als Montageplattform für eine 5G-Mikrobasisstation zu dienen
5. Solarentsalzungsschiff
Malediven-Projekt „SolarSailor“:
Auf dem Rumpfdeck ist eine flexible Photovoltaikfolie verlegt, und die Wellenkompensation erfolgt über ein hydraulisches Antriebssystem.
Im Vergleich zu festen Systemen wird die tägliche Frischwasserproduktion um 28 % gesteigert und deckt den täglichen Bedarf einer Gemeinde mit 200 Einwohnern.
Trends in der Technologieentwicklung
Multisensor-Fusionspositionierung: Kombinieren Sie visuelles SLAM und Lidar, um in komplexem Gelände eine Tracking-Genauigkeit im Zentimeterbereich zu erreichen
Optimierung der KI-Antriebsstrategie: Nutzen Sie Deep Learning, um die Bewegungsbahn von Wolken vorherzusagen und den optimalen Verfolgungspfad im Voraus zu planen (MIT-Experimente zeigen, dass dadurch die tägliche Stromerzeugung um 8 % gesteigert werden kann).
Bionisches Strukturdesign: Imitieren Sie den Wachstumsmechanismus von Sonnenblumen und entwickeln Sie ein selbststeuerndes Gerät aus Flüssigkristall-Elastomer ohne Motorantrieb (der Prototyp des deutschen KIT-Labors hat eine Lenkung von ±30° erreicht).
Photovoltaikanlage im Weltraum: Das von der japanischen JAXA entwickelte SSPS-System ermöglicht die Übertragung von Mikrowellenenergie über eine Phased-Array-Antenne, und der synchrone Orbit-Tracking-Fehler beträgt <0,001°
Auswahl- und Umsetzungsvorschläge
Photovoltaik-Kraftwerk in der Wüste, verschleißfest gegen Sand und Staub, Betrieb bei hohen Temperaturen bis 50 °C, geschlossener Oberschwingungsmotor + luftgekühltes Wärmeableitungsmodul
Polarforschungsstation, -60℃ Niedertemperaturstart, Anti-Eis- und Schneelast, Heizlager + Halterung aus Titanlegierung
Dezentrale Photovoltaik für Privathaushalte, geräuschloses Design (<40 dB), leichte Dachinstallation, einachsiges Nachführsystem + bürstenloser Gleichstrommotor
Abschluss
Mit technologischen Durchbrüchen bei Perowskit-Photovoltaikmaterialien und digitalen Zwillingsplattformen für Betrieb und Wartung entwickeln sich vollautomatische Solartracker von der passiven Verfolgung zur vorausschauenden Zusammenarbeit. Zukünftig werden sie ein größeres Anwendungspotenzial in den Bereichen Weltraum-Solarkraftwerke, künstliche Lichtquellen für die Photosynthese und interstellare Erkundungsfahrzeuge aufweisen.
Veröffentlichungszeit: 11. Februar 2025