Steven KwokI sistemi fotovoltaici (FV) sono tradizionalmente installati con un orientamento e un angolo di inclinazione fissi, progettati per ottimizzare la potenza erogata durante tutto l'anno. Come la posizione del sole i cambiamenti nel cielo a causa dell'asse inclinato della terra e della sua orbita attorno al sole, la produzione di energia solare del sistema fotovoltaico può essere ridotta, ed è qui che i sistemi di inseguimento solare tornano utili.
I sistemi di inseguimento solare sono uno strumento importante progettato per mantenere la produzione di energia per i sistemi fotovoltaici al loro apice tutto l'anno. Questi sistemi di tracciamento sono dotati di diversi gradi di movimento, sistemi di guida e altro ancora.
In questo articolo imparerai le basi dei sistemi di inseguimento solare, le loro diverse configurazioni e le informazioni rilevanti che ti aiuteranno a determinare se sono adatti a te.
Cosa sono gli inseguitori solari e come funzionano? Cogliere le basi
Gli inseguitori solari aggiornano i sistemi fotovoltaici garantendo ai moduli la capacità per modificare la direzione in cui sono rivolti. Ciò si ottiene installando uno o più giunti meccanici o elettromeccanici che introducono movimento alla base di uno o più moduli. Un inseguitore di pannelli solari può essere classificato in base al sistema di guida o al grado di movimento.
I sistemi fotovoltaici convenzionali sono installati con un orientamento fisso dall'azimut e un angolo di inclinazione. La configurazione ottimale richiede di affrontare i moduli vero sud o 180º dall'azimut, con un angolo di inclinazione uguale alla latitudine della tua posizione.
Un sistema di inseguimento solare consente di esporre i moduli perpendicolarmente al sole tutto l'anno e per tutto il giorno, aumentare la produzione di potenza di picco per l'intero sistema. Poiché gli inseguitori solari sono più costosi, sono più comuni nelle applicazioni industriali e su larga scala rispetto a quelle residenziali.
Implementando la tecnologia moderna, i sistemi di inseguimento solare sono diventati più robusti e tecnologicamente complessi. Gli inseguitori solari ora includono anemometri, sensori solari, unità GPS e altri sensori che si integrano con il software GIS (Geographic Information System). I sensori intelligenti possono monitorare il tempo e lavorare mano nella mano con il software di tracciamento solare che utilizza l'apprendimento automatico per prevedere i modelli di nuvole, la posizione del sole nel cielo e altri eventi meteorologici.
Grado di movimento sugli inseguitori solari: asse singolo vs. doppio asse
Uno degli aspetti principali utilizzati per classificare un inseguitore solare è il suo grado di movimento. I sistemi di inseguimento solare di solito presentano un sistema ad asse singolo o doppio.
Tracker ad asse singolo inclinato (TSAT)
Uno degli inseguitori solari disponibili più comunemente usati ea basso costo è l'inseguitore ad asse singolo inclinato (TSAT). Questi inseguitori solari possono essere progettati per movimento dell'asse orizzontale o verticale, con il particolare inseguitore richiesto per ciascun impianto fotovoltaico che varia in base alla posizione geografica in cui sono installati i moduli.
L'inseguitore solare ad asse orizzontale modifica l'angolo di inclinazione del modulo fotovoltaico con il movimento da est a ovest, mantenendo l'orientamento costante per tutto il giorno. Questi inseguitori solari sono ideali per ottenere le migliori prestazioni dai sistemi fotovoltaici situati a bassa latitudine o nelle regioni tropicali. In queste località le giornate sono più corte e il sole raggiunge una posizione più alta nel cielo a mezzogiorno.
L'inseguitore solare ad asse verticale mantiene un angolo di inclinazione fisso mentre utilizza un movimento da nord a sud per l'orientamento per seguire il sole durante il giorno. I sistemi fotovoltaici che otterranno le migliori prestazioni dagli inseguitori solari verticali sono quelli installati in luoghi ad alta latitudine, dove le giornate durano più a lungo durante l'estate, ma il sole non raggiunge una posizione così alta nel cielo.
Inseguitore solare a doppio asse
I sistemi di inseguimento solare più versatili e potenti sul mercato presentano due gradi di movimento, noti come inseguitori solari a doppio asse. Un inseguitore solare a doppio asse può inclinare l'angolo del modulo con un movimento orizzontale da est a ovest e l'orientamento con un movimento verticale da nord a sud, seguendo il sole con i moduli fotovoltaici per tutto il giorno.
Un sistema di tracciamento dei pannelli solari può essere utile per i sistemi fotovoltaici installati in qualsiasi parte del mondo. Questi sistemi sono precisi, ma hanno anche un prezzo notevolmente più alto, motivo per cui lo sono per lo più usato negli impianti solari termici e per il fotovoltaico a concentrazione.
Interessanti variazioni dei tracker ad asse verticale
Architetti visionari di tutto il mondo, lavorando fianco a fianco con ingegneri elettrici, hanno ideato applicazioni molto interessanti per i tracker ad asse verticale. Invece di applicare il tipico inseguitore ad asse singolo su un modulo fotovoltaico, alcuni progetti di alloggi portano l'inseguimento solare al livello successivo ruotando l'intero edificio in cui sono installati i moduli fotovoltaici.
Uno dei prototipi è il Gemini House creata da Roland Mosl nel 1991. Questo progetto austriaco per una casa ritrae una casa cilindrica che ruota costantemente, seguendo il sole per esporre un impianto fotovoltaico di 150 metri quadrati.
Un concetto simile alla Gemini House è stato creato dall'architetto Ralph Disch con la creazione di The Heliotrope. L'Heliotrope è una casa sopraelevata caratterizzata da un impianto fotovoltaico montato sul tetto costantemente esposto al sole con il movimento dell'asse verticale della casa. Questa casa a energia zero include anche tubi solari termici e può generare fino a cinque volte quello che consuma la famiglia.
Un altro concetto interessante è il Revolt House proposta dal team di Delft. The Revolt House è una casa galleggiante che ruota sull'acqua, che pur non essendo specificamente progettata per applicazioni fotovoltaiche, è progettata per inseguire il sole e sfruttare la radiazione solare per riscaldare la casa in inverno e rinfrescarla durante l'estate, tuttavia, è possibile installare un impianto fotovoltaico per sfruttare la casa già rotante.
Sistemi di pilotaggio di inseguitori solari: inseguitori solari manuali, passivi e attivi
Il secondo aspetto più importante utilizzato per classificare un inseguitore di pannelli solari è il suo sistema di guida. Questo è il meccanismo utilizzato per spostare l'asse per regolare la posizione del modulo. Il sistema di guida per gli inseguitori solari potrebbe essere manuale, passivo o attivo.
Inseguitore solare manuale
Il sistema di tracciamento manuale del pannello solare è il sistema di guida più semplice. Gli inseguitori solari dotati di questo sistema di guida includono uno o più giunti meccanici utilizzati per regolare la posizione del modulo, il numero di parti mobili varia se l'inseguitore solare ha un singolo asse o un doppio asse.
Inseguitore solare passivo
Inseguitori solari passivi implementare un fluido gas compresso a basso punto di ebollizione per l'attuatore incaricato di riposizionare il modulo a seguito dell'illuminazione sbilanciata. Quando il fluido gassoso compresso riceve la luce solare parziale, cambia la sua densità espandendosi mentre bolle o contraendosi mentre si raffredda, variando la densità e ristabilendo l'equilibrio nel sistema di montaggio.
Inseguitore solare attivo
Gli inseguitori solari attivi implementano attuatori che modificano attivamente la posizione del modulo fotovoltaico su un asse singolo o doppio asse. Gli attuatori utilizzati per il sistema di azionamento negli inseguitori solari attivi può includere un motore elettrico o un sistema meccanico costituito da cilindri idraulici. Questi sistemi spostano automaticamente i moduli per esporli direttamente al sole con sensori di tracciamento in tempo reale.
Dove sono installati i sistemi di inseguimento solare?
I sistemi di inseguimento solare sono un ottimo strumento per migliorare le prestazioni di un impianto fotovoltaico, ma non sempre sono adatti a tutte le applicazioni. In questa sezione, spieghiamo dove sono comunemente installati i sistemi di inseguimento solare.
Applicazioni residenziali
I sistemi di inseguimento solare più avanzati non sono adatti per applicazioni residenziali a causa degli elevati costi di acquisto e di manutenzione. Un altro motivo per cui gli inseguitori solari non vengono utilizzati nelle applicazioni residenziali è che la maggior parte di questi dispositivi di localizzazione è progettata per installazioni fotovoltaiche montate a terra, mentre la maggior parte dei sistemi fotovoltaici domestici sono installati sul tetto della casa.
Sebbene non sia comune, i proprietari di case possono comunque acquistare un kit di inseguitori solari e utilizzarlo per migliorare le prestazioni del sistema fotovoltaico nelle loro case. Gli inseguitori solari a basso costo possono migliorare le prestazioni dei moduli fotovoltaici fino a 37%, ma sono più fattibili dal punto di vista economico in luoghi in cui l'elettricità è più costosa e le prestazioni aggiuntive possono fornire grandi risparmi sull'elettricità.
Gli inseguitori solari a doppio asse possono richiedere quasi il doppio delle parti mobili rispetto a quelli a singolo asse. L'elevato numero di componenti si traduce in un costo maggiore per gli inseguitori solari a doppio asse rispetto a quelli a singolo asse. Questo è il motivo per cui si consiglia di installare tracker orizzontali ad asse singolo in posizioni a bassa latitudine e quelli verticali ad asse singolo in posizioni ad alta latitudine, invece di optare per tracker a doppio asse.
Gli inseguitori manuali con il loro basso costo sono consigliati anche per applicazioni residenziali poiché possono essere utilizzati per regolare i moduli con un angolo di 15 gradi durante l'inverno per compensare la posizione spostata del sole nel cielo. Gli inseguitori solari passivi hanno anche un costo relativamente basso, motivo per cui sono un'opzione praticabile, mentre gli inseguitori solari attivi con il loro costo elevato non rappresentano un'opzione economicamente fattibile nella maggior parte dei casi.
Applicazioni commerciali e industriali
I sistemi fotovoltaici commerciali, industriali e su larga scala possono trarre grandi vantaggi dall'implementazione di sistemi di tracciamento dei pannelli solari. L'aumento di potenza che un impianto fotovoltaico su larga scala può ottenere con gli inseguitori solari sale al 45%, motivo per cui i sistemi di tracciamento sono comuni nelle centrali solari altamente redditizie.
L'installazione di inseguitori solari ad asse singolo su una centrale solare ha dimostrato di farlo aumentare la produzione di energia del 25% in alcuni studi, mentre altri mostrano un aumento delle prestazioni del 40%. Gli inseguitori solari a doppio asse possono accettarli guadagni di potenza fino al 45%, ma alcuni investitori di impianti fotovoltaici tendono a optare per inseguitori solari ad asse singolo perché offrono un profitto maggiore a fronte di un costo inferiore.
Il sistema di pilotaggio per gli impianti fotovoltaici su larga scala di solito varia tra quelli passivi e quelli attivi. Gli inseguitori solari manuali rappresentano un costo operativo elevato, essendo economicamente fattibile solo nei paesi in via di sviluppo con costi di manodopera inferiori. Gli inseguitori solari passivi e attivi rappresentano un'opzione migliore nei paesi sviluppati, ma il sistema specifico dovrebbe essere determinato dopo un'analisi dettagliata considerando il costo livellato dell'energia (LCOE) e la redditività considerando il costo degli inseguitori e della manutenzione.
Pro e contro degli inseguitori solari
Gli inseguitori solari possono avere diversi gradi di movimento e sistemi di guida, ma nel complesso introducono molti vantaggi nei sistemi fotovoltaici e rappresentano solo alcuni svantaggi. In questa sezione, presentiamo e analizziamo i più importanti pro e contro degli inseguitori solari.
Vantaggi
La produzione di energia solare è massimizzata durante il giorno
Gli inseguitori solari espongono Moduli fotovoltaici perpendicolarmente al sole o il più vicino possibile, aumentando la produzione di energia solare in un impianto fotovoltaico. Ciò aumenta i guadagni solari e le prestazioni del sistema del 20% fino al 45% a seconda del tipo di inseguitore solare utilizzato.
Gli inseguitori solari si adattano a tutti i tipi di impianti fotovoltaici in tutte le località
Uno dei migliori vantaggi di un inseguitore di pannelli solari è che sono stati ampiamente studiati e forniscono soluzioni adeguate per i sistemi fotovoltaici in tutto il mondo. A seconda della tua posizione e dello spazio disponibile, potresti utilizzare diverse soluzioni di tracciamento per migliorare le prestazioni del tuo impianto fotovoltaico.
I sistemi fotovoltaici con spazio limitato possono migliorare i guadagni solari fino al 45%
In alcuni casi, i proprietari di impianti fotovoltaici possono disporre di risorse sufficienti ma di spazio limitato per installare un pannello solare. In questo caso, investire in un sistema di inseguimento solare può rivelarsi redditizio migliorando i guadagni solari fino al 45% quando si utilizzano inseguitori solari a doppio asse.
La redditività è notevolmente aumentata nei sistemi fotovoltaici montati a terra su larga scala
I sistemi fotovoltaici su piccola scala presentano piccoli guadagni quando il costo del sistema di inseguimento solare viene confrontato con i guadagni solari, ma la redditività diventa più evidente nelle installazioni fotovoltaiche su larga scala montate a terra. L'installazione del giusto sistema di tracciamento dei pannelli solari aumenterà anche i guadagni solari mantenendo i costi al minimo.
Integrazione con il software dell'inseguitore solare
Il software di tracciamento solare può integrarsi con gli inseguitori solari, analizzando i modelli meteorologici e climatici futuri per prevedere il potenza di uscita dei moduli. Le informazioni meteorologiche raccolte possono essere utilizzate anche per altri scopi di ricerca multidisciplinare relativi al tempo.
Svantaggi
Più costoso dei sistemi di montaggio fissi
L'alto costo degli inseguitori solari è uno dei principali svantaggi rispetto ai sistemi di montaggio fissi. In alcuni casi, il costo è così elevato che l'implementazione di inseguitori solari può aumentare il ROI di alcuni anni.
Maggiore necessità di manutenzione
Oltre a un costo iniziale più elevato, gli inseguitori solari richiedono anche una manutenzione regolare. Ciò non solo introduce un'attività aggiuntiva da eseguire sull'impianto fotovoltaico, ma anche un costo aggiuntivo per l'LCOE.
Qual è il costo stimato dei sistemi di inseguimento solare? Sono fattibili per applicazioni residenziali?
Gli inseguitori solari possono presentare un'ampia fascia di prezzo considerando i diversi sistemi di guida e gradi di movimento che possono essere utilizzati per progettare l'inseguitore. Altri fattori, come il numero di moduli assegnati per tracker, il design, la qualità dei materiali e il produttore, possono influire sul prezzo al dettaglio.
Il costo per un inseguitore solare a singolo asse può essere stimato a circa $ 500, mentre un inseguitore solare a doppio asse può aumentare il prezzo fino a circa $ 1,000. Considerando questi costi elevati per il sistema di tracciamento, l'aggiunta di inseguitori solari a un sistema fotovoltaico potrebbe aumentare il prezzo del 40% fino al 100%.
I sistemi fotovoltaici negli Stati Uniti hanno un ritorno sull'investimento (ROI) medio di 10 anni. Mentre gli inseguitori solari possono aumentare le prestazioni del sistema fotovoltaico di circa il 40%, potrebbero anche aumentare il costo di circa il 40% e oltre, mantenendo il ROI a 10 anni o più. In questo caso particolare, l'installazione di inseguitori solari per un'applicazione residenziale non sembrerebbe economicamente fattibile.
Un'opzione alternativa sarebbe la progettazione e la produzione di un inseguitore solare più economico. Tra i progetti disponibili, alcuni includono la produzione di a inseguitore solare a doppio asse utilizzando un Arduino, e un altro disegna a inseguitore solare a basso costo su misura al prezzo di poco meno di $ 150.
Premessa: gli inseguitori solari sono adatti al vostro impianto fotovoltaico?
La fattibilità economica di un inseguitore solare dovrebbe essere analizzato considerando il ROI, migliori prestazioni nella potenza di uscita del sistema, LCOE e costi di funzionamento e manutenzione (O&M).
Per le applicazioni commerciali, industriali e su larga scala, gli inseguitori solari inseriti nell'LCOE hanno dimostrato di esserlo una giusta misura per l'impianto fotovoltaico, aumentando le prestazioni e la redditività dell'impianto e valorizzando l'investimento.
Per le applicazioni residenziali si consiglia di analizzare caso per caso. Alcune località con costi elettrici elevati possono trarre vantaggio da un sistema di tracciamento dei pannelli solari, ma in generale non sono consigliati poiché gli inseguitori solari al dettaglio costano un centesimo elevato e introducono un requisito di manutenzione non necessario, dimostrandosi più costosi che redditizi.
Analizzare il ROI del tuo impianto fotovoltaico e cercare inseguitori solari a basso costo, inclusi progetti fai-da-te o kit di inseguitori solari, potrebbe finire per rendere gli inseguitori solari adatti a te. L'implementazione di inseguitori solari convenienti in un sistema fotovoltaico con guadagni solari fino al 40% potrebbe finire per ridurre notevolmente il ROI di alcuni anni e persino aumentare il valore complessivo del tuo sistema fotovoltaico.
