Ánh sáng mặt trời có hai thành phần, “chùm tia trực tiếp” mang khoảng 90% năng lượng mặt trời, và “ánh sáng mặt trời khuếch tán” mang phần còn lại – phần khuếch tán là bầu trời xanh vào một ngày quang đãng, và là một tỷ trọng lớn hơn trong tổng số vào những ngày nhiều mây. Vì phần lớn năng lượng nằm trong chùm tia trực tiếp, nên việc thu thập tối đa yêu cầu Mặt trời phải hiển thị trước các tấm pin càng lâu càng tốt. Tuy nhiên, vào những ngày nhiều mây, tỷ lệ ánh sáng trực tiếp và ánh sáng khuếch tán có thể thấp tới 60:40 hoặc thậm chí thấp hơn.
Máy theo dõi năng lượng mặt trời là gì?
Máy theo dõi năng lượng mặt trời là một thiết bị định hướng tải trọng về phía Mặt trời. Tải trọng thường là các tấm pin mặt trời, máng parabol, gương phản xạ hình tròn, thấu kính hoặc gương của máy bay trực thăng .
Đối với hệ thống quang điện tấm phẳng, bộ theo dõi được sử dụng để giảm thiểu góc tới giữa ánh sáng mặt trời tới và tấm quang điện, đôi khi được gọi là sai số cosin. Giảm góc này làm tăng lượng năng lượng được tạo ra từ một lượng cố định của công suất phát điện được lắp đặt. Trong các ứng dụng quang điện tiêu chuẩn, trong năm 2008-2009, người ta dự đoán rằng bộ theo dõi có thể được sử dụng trong ít nhất 85% các cài đặt thương mại lớn hơn một megawatt từ năm 2009 đến năm 2012.
Tại sao cần máy theo dõi năng lượng mặt trời?
Mục đích của cơ chế theo dõi là theo dõi mặt trời khi nó di chuyển trên bầu trời như: hướng di chuyển, tổn thất phản xạ, năng lượng mặt trời bị chặn,…
Năng lượng mặt trời bị chặn
Lượng năng lượng mặt trời có sẵn để thu thập từ chùm tia trực tiếp là lượng ánh sáng bị chặn bởi bảng điều khiển. Điều này được cho bởi diện tích của tấm nền nhân với cosin của góc tới của chùm tia trực tiếp (xem hình minh họa ở trên). Hay nói một cách khác, năng lượng bị chặn tương đương với diện tích bóng đổ của tấm nền lên bề mặt vuông góc với chùm tia trực tiếp.
Tổn thất phản xạ
Không phải tất cả ánh sáng bị chặn đều được truyền vào bảng điều khiển – một ít ánh sáng bị phản xạ trên bề mặt của nó. Lượng phản xạ chịu ảnh hưởng của cả chiết suất của vật liệu bề mặt và góc tới của ánh sáng tới. Lượng phản xạ cũng khác nhau tùy thuộc vào sự phân cực của ánh sáng tới. Ánh sáng mặt trời tới là một hỗn hợp của tất cả các phân cực. Tính trung bình trên tất cả các phân cực, tổn thất phản xạ xấp xỉ không đổi theo góc tới lên đến khoảng 50 ° mà nó suy giảm nhanh chóng.
Chuyển động Đông – Tây hàng ngày của Mặt trời
Mặt trời di chuyển qua 360 độ từ đông sang tây mỗi ngày, nhưng từ góc độ của bất kỳ vị trí cố định nào, phần có thể nhìn thấy là 180 độ trong khoảng thời gian trung bình 1/2 ngày (nhiều hơn vào mùa xuân và mùa hè; ít hơn vào mùa thu và mùa đông). Hiệu ứng đường chân trời cục bộ làm giảm phần nào điều này, làm cho chuyển động hiệu quả khoảng 150 độ.
Một bảng điều khiển năng lượng mặt trời ở một hướng cố định giữa thái cực bình minh và hoàng hôn sẽ thấy chuyển động 75 độ sang hai bên, và do đó, theo bảng trên, sẽ mất hơn 75% năng lượng vào buổi sáng và buổi tối. Việc xoay các tấm bảng sang phía đông và phía tây có thể giúp thu lại những tổn thất đó. Một trình theo dõi chỉ cố gắng bù lại chuyển động đông-tây của Mặt trời được gọi là trình theo dõi một trục.
Chuyển động Bắc – Nam theo mùa của Mặt trời
Do độ nghiêng của trục Trái đất , Mặt trời cũng di chuyển qua 46 độ Bắc và Nam trong suốt một năm. Cùng một tập hợp các tấm được đặt tại điểm giữa giữa hai cực cục bộ, do đó sẽ thấy Mặt trời di chuyển 23 độ về hai phía. Do đó, theo bảng trên, một bộ theo dõi một trục được căn chỉnh tối ưu (xem bộ theo dõi căn cực bên dưới) sẽ chỉ mất 8,3% ở các điểm cực mùa hè và mùa đông, hoặc trung bình khoảng 5% trong một năm. Ngược lại, một công cụ theo dõi một trục được căn chỉnh theo chiều dọc hoặc theo chiều ngang sẽ mất nhiều hơn đáng kể do các biến thể theo mùa này trên đường đi của Mặt trời.
Ví dụ: một bộ theo dõi dọc tại một địa điểm ở vĩ độ 60 ° sẽ mất tới 40% năng lượng có sẵn vào mùa hè, trong khi một bộ theo dõi ngang đặt ở vĩ độ 25 ° sẽ mất tới 33% vào mùa đông.
Các loại bộ thu năng lượng mặt trời
Bộ thu năng lượng mặt trời có thể là:
- Tấm phẳng không tập trung, thường là quang điện hoặc nước nóng
- Hệ thống cô đặc, với nhiều loại khác nhau.
Hệ thống lắp bộ thu năng lượng mặt trời có thể được cố định (căn chỉnh thủ công) hoặc theo dõi. Các loại bộ thu năng lượng mặt trời khác nhau và vị trí của chúng ( vĩ độ ) yêu cầu các loại cơ chế theo dõi khác nhau. Hệ thống theo dõi có thể được định cấu hình như sau:
- Bộ thu cố định / gương di chuyển – tức là Heliostat
- Bộ sưu tập di chuyển
Bộ theo dõi quang điện (PV) không tập trung
Các tấm quang điện chấp nhận cả ánh sáng trực tiếp và ánh sáng khuếch tán từ bầu trời. Các tấm trên bộ theo dõi quang điện tiêu chuẩn thu thập cả ánh sáng trực tiếp và ánh sáng khuếch tán có sẵn. Chức năng theo dõi trong máy theo dõi quang điện tiêu chuẩn được sử dụng để giảm thiểu góc tới giữa ánh sáng tới và bảng quang điện. Điều này làm tăng lượng năng lượng thu thập từ thành phần trực tiếp của ánh sáng mặt trời tới.
Bộ theo dõi quang điện (CPV) tập trung
Quang học trong mô-đun CPV chấp nhận thành phần trực tiếp của ánh sáng tới và do đó phải được định hướng thích hợp để tối đa hóa năng lượng thu được. Trong các ứng dụng có nồng độ thấp, một phần ánh sáng khuếch tán từ bầu trời cũng có thể được thu lại. Chức năng theo dõi trong mô-đun CPV được sử dụng để định hướng quang học sao cho ánh sáng tới được tập trung vào bộ thu quang điện.
Các mô-đun CPV tập trung ở một chiều phải được theo dõi bình thường so với Mặt trời trong một trục. Các mô-đun CPV tập trung ở hai chiều phải được theo dõi bình thường với Mặt trời theo hai trục.
>>Xem thêm: Hệ thống điện mặt trời tập trung là gì?
Yêu cầu về độ chính xác
Vật lý đằng sau quang học CPV yêu cầu độ chính xác theo dõi tăng lên khi tỷ lệ tập trung của hệ thống tăng lên. Tuy nhiên, đối với một nồng độ nhất định, quang học vô tri cung cấp góc chấp nhận rộng nhất có thể , có thể được sử dụng để giảm độ chính xác của việc theo dõi.
Trong các hệ thống nồng độ cao điển hình, độ chính xác theo dõi phải nằm trong khoảng ± 0,1 ° để cung cấp khoảng 90% công suất đầu ra danh định. Trong các hệ thống có nồng độ thấp, độ chính xác theo dõi phải nằm trong phạm vi ± 2.0 ° để cung cấp 90% công suất đầu ra danh định. Do đó, các hệ thống theo dõi có độ chính xác cao là điển hình.
Công nghệ được hỗ trợ
Bộ theo dõi quang điện tập trung được sử dụng với hệ thống tập trung dựa trên khúc xạ và phản xạ. Có một loạt công nghệ tế bào quang điện mới nổi được sử dụng trong các hệ thống này. Những loại này bao gồm từ máy thu quang điện thông thường, dựa trên silicon tinh thể đến máy thu tiếp điểm ba dựa trên germani.
Theo: Wikipedia
