Geräteübersicht
Der vollautomatische Solartracker ist ein intelligentes System, das Azimut und Höhe der Sonne in Echtzeit erfasst und Photovoltaikmodule, Konzentratoren oder Beobachtungsgeräte so ausrichtet, dass sie stets im optimalen Winkel zur Sonne stehen. Im Vergleich zu fest installierten Solaranlagen kann er die Energieausbeute um 20–40 % steigern und ist daher von großer Bedeutung für die Photovoltaik-Stromerzeugung, die Lichtsteuerung in der Landwirtschaft, die astronomische Beobachtung und weitere Anwendungsgebiete.
Zusammensetzung der Kerntechnologie
Wahrnehmungssystem
Fotoelektrische Sensoranordnung: Verwenden Sie eine Vierquadranten-Fotodiode oder einen CCD-Bildsensor, um die Unterschiede in der Verteilung der Sonnenlichtintensität zu erfassen.
Astronomische Algorithmuskompensation: Integrierte GPS-Positionierung und astronomische Kalenderdatenbank zur Berechnung und Vorhersage der Sonnenbahn bei Regenwetter
Detektion mittels Multi-Source-Fusion: Kombination von Lichtintensitäts-, Temperatur- und Windgeschwindigkeitssensoren zur störungsfreien Positionierung (z. B. Unterscheidung von Sonnenlicht und Lichtstörungen).
Steuerungssystem
Zweiachsige Antriebsstruktur:
Horizontale Drehachse (Azimut): Schrittmotor steuert Drehung von 0-360°, Genauigkeit ±0,1°
Neigungsverstellachse (Höhenwinkel): Eine lineare Schubstange ermöglicht eine Verstellung von -15° bis 90°, um sich an die Veränderung des Sonnenstands in den vier Jahreszeiten anzupassen.
Adaptiver Regelalgorithmus: Verwendung eines PID-Regelkreises zur dynamischen Anpassung der Motordrehzahl zur Reduzierung des Energieverbrauchs
Mechanische Struktur
Leichte Verbundhalterung: Das Kohlefasermaterial erreicht ein Festigkeits-Gewichts-Verhältnis von 10:1 und eine Windbeständigkeitsklasse von 10
Selbstreinigendes Lagersystem: Schutzart IP68, integrierte Graphitschmierschicht und eine Lebensdauer von über 5 Jahren im Dauerbetrieb unter Wüstenbedingungen.
Typische Anwendungsfälle
1. Hochleistungs-Photovoltaikkraftwerk (CPV)
Das Nachführsystem DuraTrack HZ v3 von Array Technologies ist im Solarpark in Dubai, VAE, mit III-V-Mehrfachsolarzellen im Einsatz:
Die Zwei-Achsen-Nachführung ermöglicht einen Wirkungsgrad der Lichtenergieumwandlung von 41 % (bei festen Halterungen sind es nur 32 %).
Ausgestattet mit Hurrikanmodus: Bei Windgeschwindigkeiten über 25 m/s wird das Photovoltaikmodul automatisch in einen windbeständigen Winkel ausgerichtet, um das Risiko von Strukturschäden zu verringern.
2. Intelligentes landwirtschaftliches Solargewächshaus
Die Universität Wageningen in den Niederlanden integriert das SolarEdge Sunflower-Nachführungssystem in ihr Tomatengewächshaus:
Der Einfallswinkel des Sonnenlichts wird durch die Reflektoranordnung dynamisch angepasst, um die Gleichmäßigkeit des Lichts um 65 % zu verbessern.
In Kombination mit dem Pflanzenwachstumsmodell lenkt es sich während der Mittagszeit mit starker Sonneneinstrahlung automatisch um 15° ab, um ein Verbrennen der Blätter zu vermeiden.
3. Weltraum-Astronomie-Beobachtungsplattform
Die Yunnan-Sternwarte der Chinesischen Akademie der Wissenschaften verwendet das äquatoriale Nachführsystem ASA DDM85:
Im Sternnachführungsmodus erreicht die Winkelauflösung 0,05 Bogensekunden und erfüllt damit die Anforderungen für Langzeitbelichtungen von Deep-Sky-Objekten.
Durch den Einsatz von Quarzgyroskopen zum Ausgleich der Erdrotation beträgt der Nachführfehler über 24 Stunden weniger als 3 Bogenminuten.
4. Intelligentes Straßenbeleuchtungssystem für die Stadt
Pilotprojekt für SolarTree-Photovoltaik-Straßenbeleuchtung im Gebiet Shenzhen Qianhai:
Die Zweiachsennachführung und die monokristallinen Siliziumzellen ermöglichen eine durchschnittliche tägliche Stromerzeugung von 4,2 kWh und unterstützen eine Akkulaufzeit von 72 Stunden bei Regen und Bewölkung.
Automatische Rückstellung in die horizontale Position bei Nacht zur Reduzierung des Windwiderstands und als Montageplattform für 5G-Mikrobasisstationen dienend.
5. Solarentsalzungsschiff
Malediven-Projekt „SolarSailor“:
Auf dem Rumpfdeck wird eine flexible Photovoltaikfolie verlegt, und die Wellenkompensation erfolgt über ein hydraulisches Antriebssystem.
Im Vergleich zu fest installierten Systemen wird die tägliche Frischwasserproduktion um 28 % gesteigert und deckt damit den täglichen Bedarf einer Gemeinschaft von 200 Personen.
Trends in der Technologieentwicklung
Positionierung mittels Multisensorfusion: Kombination von visuellem SLAM und Lidar zur Erzielung einer zentimetergenauen Positionsbestimmung in komplexem Gelände
KI-gestützte Strategieoptimierung: Mithilfe von Deep Learning wird die Bewegungsbahn von Wolken vorhergesagt und der optimale Verfolgungspfad im Voraus geplant (MIT-Experimente zeigen, dass dadurch die tägliche Stromerzeugung um 8 % gesteigert werden kann).
Bionisches Strukturdesign: Nachahmung des Wachstumsmechanismus von Sonnenblumen und Entwicklung eines selbststeuernden Flüssigkristall-Elastomers ohne Motorantrieb (der Prototyp des deutschen KIT-Labors hat eine Lenkung von ±30° erreicht).
Photovoltaikanlage im Weltraum: Das von der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA entwickelte SSPS-System realisiert die Mikrowellenenergieübertragung mittels einer Phased-Array-Antenne, wobei der Fehler bei der synchronen Bahnverfolgung <0,001° beträgt.
Vorschläge zur Auswahl und Umsetzung
Photovoltaik-Kraftwerk für die Wüste, beständig gegen Sand und Staub, Betrieb bei hohen Temperaturen bis 50 °C, geschlossener Oberschwingungsmotor + Luftkühlungsmodul
Polarforschungsstation, Kaltstart bei -60 °C, eis- und schneelastbeständig, beheiztes Lager + Halterung aus Titanlegierung
Hausdezentrale Photovoltaikanlage, geräuscharm (<40 dB), leichte Dachmontage, einachsiges Nachführsystem + bürstenloser Gleichstrommotor
Abschluss
Dank technologischer Durchbrüche wie Perowskit-Photovoltaikmaterialien und digitalen Zwillingsplattformen für Betrieb und Wartung entwickeln sich vollautomatische Solartracker von der passiven Nachführung zur vorausschauenden Zusammenarbeit. Zukünftig werden sie ein größeres Anwendungspotenzial in Bereichen wie Weltraum-Solarkraftwerken, künstlichen Lichtquellen mittels Photosynthese und interstellaren Erkundungsfahrzeugen aufweisen.
Veröffentlichungsdatum: 11. Februar 2025