솔라 트래커

태양 추적기는 탑재물을 태양 쪽으로 향하게 하는 장치이다.탑재물은 보통 태양 전지판, 파라볼라 트로프, 프레넬 반사체, 렌즈 또는 헬리오스탯의 거울입니다.

평면 태양광 발전 시스템의 경우, 추적기는 들어오는 햇빛과 코사인 오차라고도 하는 태양광 발전 패널 사이의 입사 각도를 최소화하기 위해 사용됩니다.이 각도를 줄이면 설치된 발전용량에서 생성되는 에너지량이 증가합니다.표준 태양광 발전 애플리케이션에서 추적기는 2009년부터 ^[2][3]2012년까지 1메가와트 이상의 상업 설비의 최소 85%에 사용될 수 있을 것으로 예측되었다.

단일 축 추적기의 가격, 신뢰성 및 성능이 향상됨에 따라, 시스템은 유틸리티 규모의 프로젝트에서 점점 더 많은 비율로 설치되었습니다.WoodMackenzie/GTM Research의 자료에 따르면 2017년 세계 태양광 트래커 출하량은 14.5기가와트를 기록했습니다.이는 연간 32%의 성장을 나타내며, 대규모 태양광 보급이 ^[4]가속화됨에 따라 비슷하거나 더 큰 성장이 예상된다.

집광기 태양광 발전(CPV) 및 집광 태양광 발전(CSP) 애플리케이션에서 추적기는 CPV 및 CSP 시스템의 광학 부품을 활성화하기 위해 사용됩니다.집중 태양 애플리케이션의 광학은 태양광의 직접 성분을 받아들이기 때문에 에너지를 수집하기 위해 적절한 방향을 설정해야 합니다.추적 시스템은 모든 집광기 애플리케이션에서 발견되는데, 이러한 시스템은 광축이 입사 태양 ^[5][6]방사선과 정렬될 때 태양 에너지를 최대한 효율적으로 수집하기 때문입니다.

기본 개념

햇빛은 태양 에너지의 ^[7][8]약 90%를 운반하는 "직접 빔"과 나머지를 운반하는 "확산 햇빛"의 두 가지 요소로 구성되어 있습니다. 확산되는 부분은 맑은 날의 푸른 하늘이며 흐린 날의 전체 비율입니다.에너지의 대부분이 직접 빔에 있기 때문에 수집을 최대화하려면 패널이 태양을 가능한 한 오랫동안 볼 수 있어야 합니다.그러나 구름이 많은 날에는 직접 대 확산 빛의 비율이 60:40 또는 그보다 더 낮을 수 있습니다.

직접 빔에 의해 공급되는 에너지는 들어오는 빛과 패널 사이의 각도의 코사인(cosine)과 함께 감소합니다.또한 반사율(모든 편광에 걸쳐 평균)은 약 50°의 입사 각도에 대해 거의 일정하며, 이 각도를 초과하면 반사율이 급격히 ^[9]저하된다.

정렬 오류로 인한 직접 전력 손실(%) 손실 = 1 - cos(i)

각도 i	시간[a]	손실
0°		0%
1°		0.015%
3°		0.14%
8°		1%
15°	1	3.4%
23.4°[b]		8.3%
30°	2	13.4%
45°	3	30%
60°	4	50% [c]이상
75°	5	75 %[c] 이상

메모들

예를 들어 ± 5°의 정확도를 가진 추적기는 직접 빔에 의해 전달되는 에너지의 99.6%와 확산 빛의 100% 이상을 전달할 수 있습니다.따라서 고정밀 트래킹은 비집중형 PV 어플리케이션에서는 일반적으로 사용되지 않습니다.

추적 메커니즘의 목적은 태양이 하늘을 가로질러 이동할 때 따라가는 것입니다.각각의 주요 요인을 좀 더 자세히 설명하는 다음 섹션에서는 태양의 복잡한 경로를 계절에 따른 연간 남북 변동과는 별도로 고려하여 단순화한다.

태양 에너지 가로채기

직접 빔에서 수집할 수 있는 태양 에너지의 양은 패널에 의해 차단되는 빛의 양입니다.이는 패널 면적에 직접 빔의 입사각 코사인을 곱한 값입니다(위 그림 참조).즉, 가로채는 에너지는 패널이 직접 빔에 수직인 표면에 드리운 그림자의 면적과 동일합니다.

이 코사인 관계는 램버트의 코사인 법칙에 의해 1760년에 공식화된 관측과 매우 밀접하게 관련되어 있습니다.이것은 관찰된 물체의 밝기가 물체를 비추는 빛의 입사각의 코사인(cosine)에 비례한다는 것을 나타냅니다.

반사손실

차광된 모든 빛이 패널로 전송되는 것은 아니며, 패널 표면에서 약간 반사됩니다.반사되는 양은 표면 재료의 굴절률과 입사광의 입사각에 의해 영향을 받는다.반사량도 입사광의 편광에 따라 달라집니다.들어오는 햇빛은 모든 편광의 혼합물이다.모든 분극에 걸쳐 평균화된 반사 손실은 약 50°까지 입사 각도가 거의 일정하며, 이 각도를 초과하면 급격히 감소한다.예를 들어 왼쪽 그래프를 참조하십시오.

태양의 동서 운동

태양은 하루에 360도씩 동서로 이동하지만, 고정된 위치에서 볼 때 가시적인 부분은 평균 반나절 동안 180도입니다(여름에는 더 많이, 봄과 가을에는 약간 덜, 겨울에는 훨씬 더 적게).국지적 지평선 효과는 이를 다소 줄여 약 150도의 유효 운동을 만든다.새벽과 일몰의 극단 사이에 고정된 방향으로 태양 전지판은 양쪽에서 75도의 움직임을 볼 수 있으며, 따라서 위 표에 따르면 아침과 저녁에 에너지의 75% 이상을 잃게 됩니다.패널을 동서로 회전시키면 손실을 만회할 수 있습니다.태양의 동서 이동만 보정하는 트래커를 단일 축 트래커라고 합니다.

계절별 태양의 남북 운동

지구축의 기울기 때문에 태양은 1년 동안 남북으로 46도씩 움직인다.따라서 두 국소 극단 사이의 중간점에 동일한 패널 세트를 설정하면 태양이 양쪽으로 23도 이동합니다.따라서 위의 표에 따르면, 최적으로 정렬된 단일 축 트래커(아래 극성 정렬 트래커 참조)는 여름 및 겨울 계절 극단에서 8.3% 또는 1년 동안 평균 약 5%만 손실됩니다.반대로, 수직 또는 수평으로 정렬된 단일 축 추적기는 태양 경로의 계절적 변화로 인해 훨씬 더 많은 손실을 입게 됩니다.예를 들어, 위도 60° 사이트에 있는 수직 트래커는 여름에 사용 가능한 에너지의 최대 40%를 손실하는 반면, 위도 25°에 위치한 수평 트래커는 겨울에 최대 33%를 손실합니다.

일별 및 계절별 움직임을 모두 설명하는 트래커를 이중 축 트래커라고 합니다.일반적으로 계절적 각도 변화로 인한 손실은 낮의 길이 변화로 인해 복잡해지고, 북반구 또는 남반구 위도에서 여름에 채집량이 증가한다.이는 여름을 향해 편중 수집을 하기 때문에 패널이 평균 여름 각도에 가깝게 기울어지면 봄/가을 분점 각도(현장의 위도와 동일)에서 기울어진 시스템에 비해 연간 총 손실이 감소한다.

업계에서는 단일 축 추적기와 이중 축 추적기 간의 연간 수집량의 작은 차이가 2 축 추적기의 복잡성을 추가할 가치가 있는지 여부에 대해 상당한 논란이 일고 있습니다.최근 온타리오 남부의 실제 생산 통계를 검토한 결과, 그 차이는 총 4%로 이중 축 시스템의 추가 비용보다 훨씬 작았다.이는 고정 배열 트래커와 단일 ^[10][11]축 트래커 간의 24-32% 개선과는 비교가 되지 않습니다.

기타 요인

구름

위의 모델에서는 하루 또는 일 년 중 다른 시간에 구름이 덮일 가능성이 균일하다고 가정합니다.기후 지역에 따라 구름 커버가 계절에 따라 달라질 수 있으며, 위에서 설명한 평균 성능 수치에 영향을 미칩니다.또는, 예를 들어 낮 동안 평균적으로 구름 커버가 쌓이는 지역에서는 아침 햇살을 모으는 데 특별한 이점이 있을 수 있습니다.

대기.

햇빛이 대각선으로 대기를 통과해야 하기 때문에 태양이 지평선에 가까워질수록 햇빛이 대기를 통과해야 하는 거리는 증가한다.대기를 통과하는 경로의 길이가 증가함에 따라, 수집기에 도달하는 태양 강도는 감소합니다.이 증가 경로 길이는 기단(AM) 또는 기단 계수라고 불리며, 여기서 AM0은 대기의 상부에 있고, AM1은 태양 오버헤드가 있는 해수면까지 직접 수직 경로를 가리키며, AM 1보다 큰 것은 태양이 수평선에 접근할 때 대각 경로를 가리킵니다.

이른 아침이나 겨울에 태양이 특별히 뜨겁다고 느끼지 않을 수 있지만, 대기를 통과하는 대각선 경로는 태양 강도에 예상보다 덜 영향을 미친다.태양이 지평선 위로 15° 밖에 떨어져 있지 않을 때에도 태양 강도는 최대치의 약 60%, 10°에서는 약 50%, ^[12]지평선 위 5°에서는 25%가 될 수 있다.따라서, 만약 추적기가 수평선에서 수평선까지 태양을 따라갈 수 있다면, 태양 전지판은 상당한 양의 에너지를 모을 수 있습니다.

태양전지 효율

물론 광전지의 기본 전력 변환 효율은 추적의 적용 여부에 관계없이 최종 결과에 큰 영향을 미친다.추적의 이점과 특히 관련이 있는 것은 다음과 같습니다.

온도

태양광 발전 태양 전지 효율은 온도가 상승함에 따라 약 0.4%/°^[13]C의 속도로 감소한다.예를 들어, 이른 아침 또는 겨울의 10°C에서 낮 또는 여름의 60°C에 비해 20% 더 높은 효율입니다.따라서 추적기는 세포가 최고 효율로 작동할 때 이른 아침과 겨울 에너지를 수집함으로써 추가적인 이점을 제공할 수 있습니다.

요약

수집기를 집중시키기 위한 추적기는 수집기가 초점에 있도록 고정밀 추적을 사용해야 합니다.

비집중 플랫 패널용 트래커는 고정밀 트래킹이 필요하지 않습니다.

• 저전력 손실: 25°의 어긋남에서도 10% 미만의 손실
• 약 50°의 어긋남에도 일관된 반사율
• 확산광은 방향과 무관하게 10% 기여하며 흐린 날에는 더 큰 비율을 차지한다.

비집중 플랫 패널 수집기를 추적하는 이점은 다음과 같습니다.

• 약 30°의 정렬 불량 이상으로 전력 손실이 급격히 감소함
• 태양이 지평선에 매우 가까이 있을 때에도 상당한 전력을 사용할 수 있다. 예를 들어, 지평선 상공 15°에서 최대 출력의 약 60%, 10°에서 약 50%, 지평선 상공 5°에서 25% – 고위도 및/또는 겨울철에 특정 관련성이 있다.
• 태양광 발전 패널은 한낮의 더위에 비해 이른 아침 서늘한 시간에 약 20% 더 효율적이며, 마찬가지로 여름보다 겨울에 더 효율적이며, 이른 아침과 겨울 태양을 효과적으로 포착하려면 추적 작업이 필요하다.

태양열 집열기의 종류

태양광 수집기는 다음과 같습니다.

• 보통 태양광 발전 또는 온수, 비흡입 평탄화 가스,
• 다양한 유형의 집중 시스템.

태양열 집열기 장착 시스템은 고정(수동으로 정렬)하거나 추적할 수 있습니다.태양광 수집기의 종류와 위치(위도)에 따라 다른 유형의 추적 메커니즘이 필요하다.추적 시스템은 다음과 같이 구성할 수 있습니다.

• 고정 컬렉터/무빙 미러 - 즉,헬리오스타트
• 이동 수집기

비추적 고정 마운트

주거용 및 소규모 상업용 또는 산업용 옥상 태양광 패널과 태양열 온수기 패널은 일반적으로 적절히 면한 경사 지붕에 수세식 설치된다.트래커에 비해 고정 마운트의 장점은 다음과 같습니다.

• 기계적 이점:제조가 간단하고 설치 및 유지 보수 비용이 절감됩니다.
• 풍하중: 견고한 마운트를 프로비저닝하는 것이 더 쉽고 저렴합니다. 고정식 플러시 마운트 패널을 제외한 모든 마운트는 노출이 더 심하기 때문에 풍하중을 고려하여 신중하게 설계되어야 합니다.
• 간접광: 입사하는 태양 복사의 약 ^[7][8]10%는 확산광이며, 태양과 정렬되지 않은 각도에서 사용할 수 있습니다.
• 정렬 오류에 대한 내구성: 평면 패널의 효과적인 채집 영역은 태양과의 정렬 오류에 비교적 민감하지 않습니다(위의 기본 개념 섹션의 표와 도표 참조). 예를 들어 정렬 오류 25°라도 직접 태양광 에너지를 10% 미만으로 줄입니다.

고정식 마운트는 보통 비집광 시스템과 함께 사용되지만, 제3세계에서 특히 가치 있는 비추적 집광기의 중요한 부류는 휴대용 태양열 조리기입니다.이들은 보통 약 2 ~8 일광의 비교적 낮은 수준의 농도를 사용하며 수동으로 정렬됩니다.

트래커

고정 플랫 패널은 높은 비율의 정오 에너지를 수집하도록 설정할 수 있지만 고정 패널과의 오정렬이 과도한 이른 아침 및 오후 늦게 상당한^[12] 양의 전력을 사용할 수 있습니다.예를 들어, 태양이 지평선 위로 10°밖에 떨어져 있지 않은 경우에도 사용 가능한 에너지는 정오 에너지 수준의 약 절반(또는 위도, 계절 및 대기 조건에 따라 더 커짐)이 될 수 있다.

따라서 추적 시스템의 주된 이점은 하루 중 가장 긴 시간 동안 태양 에너지를 모으는 것이고 계절에 따라 태양의 위치가 변화할 때 가장 정확한 정렬을 하는 것입니다.

또, 직접 방사로부터 발생하는 에너지의 비율이 높아져, 그 집중 에너지가 집중되는 영역이 작아지기 때문에, 농도 레벨이 높아질수록, 정확한 트래킹이 중요해진다.

고정집전체/이동거울

많은 수집기는 이동할 수 없습니다. 예를 들어 에너지가 뜨거운 액체 또는 기체(예: 증기)로 회수되는 고온 수집기는 이동할 수 없습니다.다른 예로는 건물과 셰플러 반사체와 같은 내장 태양열 조리기의 직접 난방과 조명이 있다.이러한 경우, 태양이 하늘에서 어디에 위치하든 상관없이 태양 광선이 집광기로 방향 전환되도록 움직이는 거울을 사용해야 합니다.

하늘을 가로지르는 태양의 복잡한 움직임과 태양 광선을 목표물에 정확하게 조준하는 데 필요한 정밀도 때문에, 헬리오스탯 거울은 일반적으로 적어도 하나의 축이 기계화된 이중 축 추적 시스템을 사용합니다.다른 용도에서는 미러가 평평하거나 오목할 수 있습니다.

이동 수집기

트래커는 트래커 축의 수와 방향에 따라 클래스로 그룹화할 수 있습니다.고정 마운트에 비해 단일 축 트래커는 연간 출력을 약 30% 증가시키고 이중 축 트래커는 10-20%^[14][15] 더 증가시킵니다.

광전 추적기는 표준 광전 추적기(PV)와 집중 광전 추적기(CPV)의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.이러한 트래커 유형은 축의 수와 방향, 작동 아키텍처와 구동 유형, 의도한 용도, 수직 지지대 및 기초에 따라 더 자세히 분류할 수 있습니다.

플로팅 마운트

네덜란드, 중국, 영국, 일본의 저수지와 호수에 태양 전지판의 부유식 섬들이 설치되고 있다.패널 방향을 제어하는 선트랙 시스템은 연중 시간에 따라 자동으로 작동하며 ^[16]부표에 부착된 로프로 위치를 변경합니다.

플로팅 그라운드 마운트

태양열 추적기는 침습적인 콘크리트 기초 없이 땅 위에 있는 "떠다니는" 기초를 사용하여 건설될 수 있습니다.트래커를 콘크리트 기초 위에 놓는 대신, 트래커를 지면에 고정하기 위해 모래나 자갈과 같은 다양한 재료로 채워질 수 있는 자갈 팬 위에 놓습니다.이러한 "떠다니는" 추적기는 기존의 고정 장착 추적기와 동일한 풍하중을 견딜 수 있습니다.부유식 추적기를 사용하면 지붕이 있는 매립지 위나 굴착이 불가능한 지역에 배치할 수 있기 때문에 상업용 태양 에너지 프로젝트의 잠재적 부지의 수가 증가한다.

모션 프리 옵티컬 트래킹

태양열 추적기는 기계 추적 장비 없이도 제작할 수 있습니다.이것들은 모션 프리 옵티컬 트래킹이라고 불리며, 이 기술은 지난 수십 년 동안 몇 가지 진보를 거듭해 왔습니다.렌쿠브는 모션프리 옵티컬 트래킹 기술을 이용해 빛의 방향전환을 위한 유리 기반 디자인을 개척했다.

비농축 태양광 발전(PV) 추적기

태양광 발전 패널은 하늘에서 직접 빛과 확산 빛 모두를 받아들인다.표준 광전 추적기의 패널은 사용 가능한 직접광과 확산광 모두를 모읍니다.표준 광전 추적기의 추적 기능은 들어오는 빛과 광전 패널 사이의 입사 각도를 최소화하기 위해 사용된다.이것은 들어오는 햇빛의 직접 성분으로부터 모아지는 에너지의 양을 증가시킵니다.

표준 태양광 발전(PV) 추적기의 배후에 있는 물리학은 모든 표준 태양광 발전 모듈 기술과 함께 작동합니다.여기에는 모든 유형의 결정성 실리콘 패널(mono-Si 또는 multi-Si)과 모든 유형의 박막 패널(아모퍼스 실리콘, CdTe, CIGS, 마이크로 크리스털린)이 포함됩니다.

집광기 태양광(CPV) 트래커

CPV 모듈의 광섬유는 입사광의 직접 구성요소를 수용하므로 수집된 에너지를 최대화할 수 있도록 적절한 방향을 설정해야 합니다.저농도 어플리케이션에서는 하늘로부터의 확산광의 일부도 포착할 수 있습니다.CPV 모듈의 트래킹 기능은 들어오는 빛이 태양광 집전기에 집중되도록 광의 방향을 결정하는 데 사용됩니다.

한 차원에 집중되는 CPV 모듈은 한 축에 있는 태양에 대해 정상적으로 추적되어야 합니다.2차원에 집중되는 CPV 모듈은 2개의 축에서 태양에 대해 정상적으로 추적되어야 합니다.

정확도 요건

CPV 광학의 배후에 있는 물리학에서는 시스템 집중 비율이 증가함에 따라 추적 정확도가 높아져야 합니다.그러나 특정 농도에 대해 비이미징 광학은 가능한 한 넓은 허용 각도를 제공하며, 이는 추적 정확도를 ^[19][20]낮추는 데 사용될 수 있습니다.

일반적인 고농도 시스템에서는 추적 정확도가 ± 0.1° 범위에 있어야 정격 출력의 약 90%를 전달할 수 있습니다.저농도 시스템에서는 정격 출력의 90%를 전달하려면 추적 정확도가 ± 2.0° 범위에 있어야 합니다.그 결과 고정밀 추적 시스템이 일반적입니다.

지원되는 테크놀로지

광전 추적기는 굴절 및 반사 기반 농축기 시스템과 함께 사용됩니다.이러한 시스템에 사용되는 광전지 기술은 다양합니다.기존의 결정 실리콘 기반 광전지 리시버에서 게르마늄 기반 삼중 접합 리시버까지 다양합니다.

단축 트래커

단일 축 추적기는 회전 축 역할을 하는 자유도가 1개 있습니다.단일 축 추적기의 회전 축은 일반적으로 북위 자오선을 따라 정렬됩니다.고도의 트래킹 알고리즘에 의해, 그것들을 임의의 방향으로 정렬할 수 있습니다.단일 축 추적기의 일반적인 구현이 몇 가지 있습니다.여기에는 수평 단일 축 추적기(HSAT), 기울어진 모듈이 있는 수평 단일 축 추적기(HTSAT), 수직 단일 축 추적기(VSAT), 기울어진 단일 축 추적기(TSAT) 및 극 정렬 단일 축 추적기(PSAT)가 포함됩니다.성능을 모델링할 때 트래커 축에 대한 모듈의 방향이 중요합니다.

수평

수평 단일 축 추적기(HSAT)

수평 단일 축 트래커의 회전 축은 지면에 대해 수평입니다.수평 단일 축 트래커의 회전 축 양쪽 끝에 있는 기둥을 트랙커 간에 공유하여 설치 비용을 절감할 수 있습니다.이 유형의 태양 추적기는 저위도 지역에 가장 적합합니다.수평 단일 축 추적기가 있는 필드 레이아웃은 매우 유연합니다.단순한 지오메트리는 모든 회전 축을 서로 평행하게 유지하는 것만으로 트래커를 서로에 대해 적절히 배치할 수 있다는 것을 의미합니다.적절한 간격은 비용 대비 에너지 생산 비율을 극대화할 수 있으며, 이는 지역 지형과 음영 조건 및 생성된 에너지의 시간 값에 따라 달라집니다.백트래킹은 패널 배치를 계산하는 수단 중 하나입니다.수평 트래커는 일반적으로 모듈의 면이 회전축에 평행하게 배치되어 있습니다.모듈이 트랙할 때 회전 축을 중심으로 회전 대칭인 실린더를 스위프합니다.단축 수평 트래커에서는 긴 수평 튜브가 기둥 또는 프레임에 장착된 베어링에 지지됩니다.튜브의 축은 남북 선상에 있습니다.패널은 튜브에 장착되며 튜브는 하루 동안 태양의 겉보기 운동을 추적하기 위해 축을 중심으로 회전합니다.

기울어진 모듈이 있는 수평 단일 축 트래커(HTSAT)

HSAT에서는 모듈이 0도로 평평하게 장착되지만 HTSAT에서는 모듈이 일정한 기울기로 장착됩니다.이것은 HSAT와 같은 원리로 작동하며, 튜브의 축을 남북으로 수평으로 유지하고 태양 모듈을 하루 종일 동서로 회전시킨다.이러한 추적기는 일반적으로 높은 위도 위치에 적합하지만 VSAT(Vertical Single Axis Tracker)에 의해 소비되는 만큼 많은 지상 공간을 차지하지는 않습니다.따라서 수평 트래커에서 VSAT의 장점을 가져오고 태양광 ^[22][23]프로젝트의 전체 비용을 최소화합니다.

세로

수직 단축 추적기(VSAT)

수직 단일 축 추적기의 회전 축은 지면에 대해 수직입니다.이 트랙커들은 하루 종일 동쪽에서 서쪽으로 회전합니다.이러한 추적기는 수평축 추적기보다 고위도에서 더 효과적이다.필드 레이아웃은 불필요한 에너지 손실을 방지하고 토지 이용을 최적화하기 위해 음영을 고려해야 한다.또한 1년 동안의 음영 특성으로 인해 고밀도 패킹에 대한 최적화가 제한됩니다.수직 단일 축 추적기는 일반적으로 모듈의 면이 회전 축에 대한 각도로 방향을 잡습니다.모듈이 트랙할 때 회전 축을 중심으로 회전 대칭인 원뿔을 스위프합니다.

기울어졌다

틸트 단축 트래커(TSAT)

수평과 수직 사이에 회전 축이 있는 모든 추적기는 기울어진 단일 축 추적기로 간주됩니다.추적기 기울기 각도는 바람의 프로필을 줄이고 높은 끝 높이를 낮추기 위해 종종 제한됩니다.백트래킹을 사용하면 어떤 밀도에서도 회전축에 수직으로 음영 처리 없이 패킹할 수 있습니다.그러나 회전축에 평행한 패킹은 기울기 각도와 위도에 의해 제한됩니다.기울어진 단일 축 추적기는 일반적으로 모듈의 면이 회전 축에 평행하게 배치됩니다.모듈이 트랙할 때 회전 축을 중심으로 회전 대칭인 실린더를 스위프합니다.

듀얼 축 트래커

이중 축 추적기에는 회전 축 역할을 하는 두 가지 자유도가 있습니다.이러한 축은 일반적으로 서로 정규적입니다.지면에 대해 고정된 축은 기본 축으로 간주할 수 있습니다.기본 축을 참조하는 축은 보조 축으로 간주할 수 있습니다.듀얼 축 트래커의 일반적인 실장은 몇 가지 있습니다.지면에 대한 기본 축의 방향에 따라 분류됩니다.일반적인 두 가지 구현은 팁 틸트 이중 축 추적기(TTDAT)와 방위 고도 이중 축 추적기(AADAT)입니다.성능을 모델링할 때 트래커 축에 대한 모듈의 방향이 중요합니다.듀얼 축 트래커는 일반적으로 2차 회전축과 평행한 방향으로 모듈이 있습니다.이중 축 추적기는 태양을 수직과 수평으로 따라가는 능력으로 인해 최적의 태양 에너지 레벨을 가능하게 한다.태양이 하늘 어디에 있든, 이중 축 추적기는 태양과 직접 접촉하기 위해 스스로 각도를 조정할 수 있습니다.

팁 틸트

TIP-Tilt Dual Axis Tracker(TTDAT; 팁 틸트 듀얼 축 트래커)는 패널 어레이가 폴의 상부에 장착되어 있기 때문에 이름이 붙여졌습니다.일반적으로 동서 이동은 극의 상단을 중심으로 어레이를 회전시킴으로써 이루어집니다.회전 베어링 위에는 패널을 수직으로 회전시키고 어레이의 주요 장착 지점을 제공하는 T자 또는 H자형 메커니즘이 있습니다.팁 틸트 이중 축 트래커의 기본 회전 축의 양쪽 끝에 있는 기둥은 설치 비용을 낮추기 위해 트랙커 간에 공유할 수 있습니다.

이러한 다른 TTDAT 추적기는 수평 기본 축과 종속 직교 축을 가집니다.수직 방위 축이 고정됩니다.이를 통해 폴 주위에 케이블의 뒤틀림이 없기 때문에 접지 장착 장비에 대한 페이로드 접속이 매우 유연합니다.

팁 틸트 이중 축 추적기가 있는 필드 레이아웃은 매우 유연합니다.단순한 지오메트리는 회전 축을 서로 평행하게 유지하는 것만으로 트래커를 서로에 대해 적절히 배치할 수 있음을 의미합니다.일반적으로 추적기는 태양이 하늘에 낮게 떠 있을 때 하나의 추적기가 다른 추적기에 그림자를 드리우는 것을 피하기 위해 상당히 낮은 밀도로 배치되어야 합니다.팁 틸트 트래커는 업 선 쉐이딩을 최소화하기 위해 수평에 가깝게 기울이면 이를 보충할 수 있으며, 따라서 수집되는 ^[25]총 전력을 극대화할 수 있습니다.

많은 팁 틸트 이중 축 추적기의 회전 축은 일반적으로 진정한 북위 자오선 또는 위도의 동서 선을 따라 정렬된다.

Tip-Tilt 구성과 적절한 컨트롤러의 고유 기능을 고려하면 휴대용 플랫폼에서 완전 자동 추적 기능을 사용할 수 있습니다.트래커의 방향은 중요하지 않으며 ^[26]필요에 따라 배치할 수 있습니다.

방위 고도

방위 고도(또는 alt-Azimuth) 이중 축 추적기(AADAT)는 지면과 수직인 기본 축(방위 축)을 가진다.그러면 종종 고도 축이라고 하는 보조 축이 일반적으로 기본 축에 정규적입니다.이 시스템은 작동 중인 팁 틸트 시스템과 비슷하지만 일일 추적을 위해 어레이를 회전시키는 방식이 다릅니다.AADAT 시스템에서는 어레이를 폴의 상부에서 회전시키는 대신 지면에 설치된 큰 링과 일련의 롤러에 장착된 어레이를 사용할 수 있습니다.이 배치의 주요 장점은 TTDAT에서 극의 단일 부하 지점이 아닌 링의 일부에 걸쳐 어레이의 무게가 분산된다는 것입니다.따라서 AADAT는 훨씬 더 큰 어레이를 지원할 수 있습니다.단, TTDAT와는 달리 AADAT 시스템은 링 직경보다 가까이 배치할 수 없습니다.따라서 시스템 밀도를 낮출 수 있습니다.특히 트래커 간 음영을 고려할 때 그렇습니다.

구축 및 (자체) 구축

후술한 바와 같이 패널과 트래커 간의 경제적 균형은 사소한 것이 아닙니다.2010년대 초 태양 전지판의 급격한 가격 하락은 합리적인 해결책을 찾는 것을 더 어렵게 만들었다.첨부된 미디어 파일에서 볼 수 있듯이, 대부분의 건축물은 소규모 또는 공예 작업장에 적합하지 않은 산업용 및/또는 무거운 자재를 사용합니다.심지어 상업적인 제안도 안정화에 적합하지 않은 해결책(큰 바위)을 가지고 있을 수 있다.소규모(아마추어/열심) 건축의 경우, 경제성, 기본 위험에 대한 최종 제품의 안정성, 취급의 용이성 및 조이너리 ^[27]등의 기준을 충족해야 합니다.

트래커 유형 선택

트래커 타입의 선택은 설치 규모, 전기요금, 정부 장려금, 토지 제약, 위도 및 국지 날씨를 포함한 많은 요인에 따라 달라집니다.

수평 단일 축 추적기는 일반적으로 대규모 분산 발전 프로젝트 및 유틸리티 스케일 프로젝트에 사용됩니다.에너지 절약, 제품 비용 절감, 설치 복잡성 감소의 조합으로 대규모 도입에서 뛰어난 경제성을 얻을 수 있습니다.또한 생산량이 피크 수요 시간에 맞춰질 수 있도록 그리드 연결 대형 태양광 발전 시스템의 경우 오후의 강력한 성능이 특히 바람직하다.수평 단축 추적기는 또한 태양이 하늘 높이 떠 있는 봄과 여름 시즌 동안 상당한 양의 생산성을 증가시킵니다.지지 구조의 고유한 견고성과 메커니즘의 단순성으로 인해 높은 신뢰성으로 유지 보수 비용이 절감됩니다.패널은 수평이기 때문에 자체 그늘의 위험 없이 액슬 튜브에 컴팩트하게 장착할 수 있으며 청소 시에도 쉽게 접근할 수 있습니다.

수직 축 추적기는 패널을 수직, 고정, 조정 또는 추적된 표고 각도로 수직 축 주위로만 회전합니다.고정 각도 또는 (계절적으로) 조정 가능한 각도가 있는 이러한 추적기는 태양 경로가 특별히 높지 않지만 태양이 긴 호를 통과하여 긴 날을 보내는 고위도 지역에 적합하다.

이중 축 추적기는 일반적으로 관세가 매우 높은 소규모 주택 시설 및 위치에 사용됩니다.

멀티미러 집중형 PV

이 장치는 수평면에 있는 여러 개의 거울을 사용하여 태양광 발전이나 집중 태양광 발전을 필요로 하는 고온의 시스템에 햇빛을 위로 반사시킵니다.미러가 풍하중에 크게 노출되지 않기 때문에 구조적 문제와 비용이 크게 감소한다.특허받은 메커니즘을 사용하여 각 장치에 필요한 드라이브 시스템은 2개뿐입니다.장치의 구성상 평평한 지붕이나 낮은 위도에서 사용하는 데 특히 적합합니다.각 유닛은 약 200와트의 피크 DC를 생성합니다.

캘리포니아 랭커스터에 위치한 Sierra SunTower에는 중앙 파워타워와 결합된 다중 미러 반사 시스템이 채용되어 있습니다.eSolar에 의해 운영되는 이 세대 공장은 2009년 8월 5일에 가동을 시작할 예정입니다.여러 개의 헬리오스타트를 남북으로 정렬하여 사용하는 이 시스템은 시작 및 운영 비용을 절감하는 방법으로 사전 조립 부품과 구조를 사용합니다.

드라이브 종류

액티브 트래커

액티브 트래커는 태양 추적을 수행하기 위해 모터와 기어 트레인을 사용합니다.이들은 마이크로프로세서와 센서, 날짜 및 시간 기반 알고리즘 또는 두 가지 조합을 사용하여 태양의 위치를 탐지할 수 있습니다.이러한 거대한 구조물의 움직임을 제어 및 관리하기 위해 특수 회전 드라이브가 설계되고 엄격하게 테스트됩니다.트래커를 지시하는 데 사용되는 기술은 끊임없이 발전하고 있으며, Google과 Eternegy의 최근 개발에는 와이어로프 및 윈치를 사용하여 보다 비싸고 취약한 ^{[citation needed]}일부 부품을 교체하는 것이 포함되어 있습니다.

고정 각도 지지대를 끼우는 역회전 회전 회전 회전 구동 장치를 적용하여 세로 정렬에 대한 회전을 제거하는 "다축" 추적 방법을 만들 수 있습니다.기둥이나 기둥에 배치하면 고정식 PV보다 더 많은 전기를 발생시키고 PV 어레이가 주차장 구동 차선으로 회전하지 않습니다.또한 원형 또는 곡선을 포함한 거의 모든 주차장 차선/열 방향에서 최대 태양광 발전을 가능하게 할 것이다.

능동형 2축 추적기는 중앙 발전소의 흡수기 쪽으로 햇빛을 반사하는 가동 미러인 헬리오스타트의 방향을 지정하는 데도 사용됩니다.대규모 필드의 각 미러는 개별 방향을 가지므로 중앙 컴퓨터 시스템을 통해 프로그래밍 방식으로 제어되며, 필요에 따라 시스템을 종료할 수도 있습니다.

광감지 트래커는 일반적으로 포토다이오드 등 2개 이상의 광센서를 차동 구성으로 갖추고 있어 동일한 광속 수신 시 null을 출력합니다.기계적으로는 전방향(평탄한 상태)이어야 하며 90도 간격을 두어야 합니다.이로 인해 코사인 전송 함수의 가장 가파른 부분이 가장 가파른 부분에서 균형을 이루게 되며, 이는 최대 감도로 변환됩니다.컨트롤러의 상세한 것에 대하여는, 액티브 데이밍을 참조해 주세요.

모터는 에너지를 소비하기 때문에 필요한 만큼만 사용하고 싶다.그래서 연속적인 움직임 대신에 헬리오스탯은 분리된 단계로 움직인다.또한 조도가 임계값보다 낮으면 방향 전환을 보증하기 위해 충분한 전력이 생성되지 않습니다.이것은 구름이 머리 위를 통과할 때처럼 한 방향에서 다른 방향으로 충분한 광 수준의 차이가 없는 경우에도 해당됩니다.흐린 기간 동안 트래커가 에너지를 낭비하지 않도록 주의해야 합니다.

패시브 트래커

가장 일반적인 패시브 트래커는 낮은 비등점 압축 가스 오일을 사용하여 (태양열을 통해 가스 압력이 생성됨) 한쪽 또는 다른 쪽 방향으로 구동하여 불균형에 대응하여 트래커가 움직이도록 합니다.이는 정밀도가 낮은 방향이기 때문에 특정 유형의 집광기에는 적합하지 않지만 일반적인 PV 패널 유형에는 잘 작동합니다.이러한 장치에는 비스코스 댐퍼가 있어 돌풍에 대한 과도한 움직임을 방지합니다.셰이더/리플렉터는 이른 아침 햇빛을 반사하여 패널을 "깨워" 태양 쪽으로 기울이는 데 사용되며, 음영 상태에 따라 몇 시간이 걸릴 수 있습니다.패널이 천정을 약간 지나도록 배치하는 자기 방출식 타이다운을 추가하고(오일이 중력을 극복할 필요가 없도록) 저녁에 타이다운을 사용하면 이 작업을 수행하는 시간을 크게 줄일 수 있습니다(바람이 부는 밤 환경에서 스프링을 느슨하게 당기면 해제되지 않습니다).

태양광 발전용 패널용 패시브 트래커는 태양광 발전 셀의 줄무늬 뒤에 홀로그램을 사용하여 태양광이 모듈의 투명한 부분을 통과하여 홀로그램에 반사되도록 한다.이렇게 하면 햇빛이 뒤에서 셀에 닿을 수 있으므로 모듈의 효율이 향상됩니다.또한 홀로그램은 항상 정확한 각도에서 세포를 향해 빛을 반사하기 때문에 패널을 움직일 필요가 없습니다.

수동 추적

일부 개발도상국에서는 드라이브가 트랙커를 조정하는 오퍼레이터로 대체되었습니다.이것은 건전성, 유지보수에 사용할 수 있는 직원 및 현장 인근 인구에 대한 고용 창출의 이점을 가지고 있다.

회전하는 건물

독일 Freiburg im Breisgau에 있는 Rolf Disch는 1996년에 태양과 함께 회전하는 주거용 건물인 Heliotrop을 지었고 지붕에 추가적인 이중 축 태양광 발전 돛을 달았습니다.건물이 소비하는 에너지의 4배를 생산하고 있습니다.

제미니 하우스는 수직축 트래커의 독특한 예입니다.오스트리아의 이 원통형 주택(북위 45도 이상)은 태양을 추적하기 위해 완전히 회전하며, 건물의 한쪽에 수직 태양 전지판이 독립적으로 회전하여 태양으로부터의 자연 난방을 제어할 수 있습니다.

ReVolt House는 TU 델프트 학생들이 마드리드에서 열리는 솔라 10종 유럽 대회를 위해 디자인한 회전식 플로팅 하우스입니다.이 집은 2012년 9월에 완공되었다.여름에는 실내가 뜨거워지는 것을 방지하기 위해 불투명한 파사드가 태양 쪽으로 회전합니다.겨울에는 집의 수동 태양열 난방을 위해 유리 파사드가 태양을 향합니다.집이 물 위에 마찰 없이 떠 있기 때문에 회전하는 데 많은 ^[28]에너지가 필요하지 않습니다.

단점들

트래커는 시스템에 비용과 유지보수를 추가합니다.비용에 25%를 더하고 출력을 25% 향상시키면 시스템을 25% 더 크게 하여 ^[30]유지보수를 추가하지 않아도 동일한 성능을 얻을 수 있습니다.과거에 태양광 발전 모듈이 오늘날보다 비쌌을 때 추적은 매우 비용 효율적이었다.이러한 패널은 비용이 많이 들기 때문에 특정 출력의 시스템에서 사용되는 패널 수를 최소화하기 위해 추적을 사용하는 것이 중요했습니다.그러나 패널 가격이 낮아질수록 더 많은 수의 패널을 사용하는 경우와 비교하여 추적의 비용 효율이 떨어집니다.그러나 배터리가 밤새 사용할 수 있도록 전력을 저장하는 오프 그리드 설치에서는 추적 시스템이 저장된 에너지 사용 시간을 줄여 배터리 용량을 줄입니다.배터리 자체는 비싸기 때문에(기존 납산 고정 전지 또는 최신 리튬 이온 배터리 중 하나), 비용 분석에 비용을 포함해야 합니다.

추적은 일반적인 주택용 옥상 태양광 발전 설비에도 적합하지 않다.트래킹에서는 패널이 기울어지거나 이동해야 하므로 이를 위한 준비를 해야 합니다.따라서 패널은 지붕에서 상당히 먼 거리를 오프셋해야 합니다.이 때문에 고가의 랙킹이 필요하며 풍하중이 증가합니다.또한, 이러한 설치는 주택용 옥상에 매우 아름다운 설치를 만들지는 않을 것입니다.이 때문에(및 그러한 시스템의 고비용) 주택용 옥상 설비에서는 트래킹이 사용되지 않으며, 그러한 설비에서는 결코 사용되지 않을 가능성이 있습니다.특히 태양광 발전 모듈의 비용이 지속적으로 감소하기 때문에 더 많은 전력을 위한 모듈 수를 늘리는 것이 비용 효율적인 선택사항이 될 수 있습니다.트래킹은 보다 자유로운 이동이 가능한 주택용 접지 마운트 설치에 사용할 수 있습니다(때로는 사용 가능).

트래킹으로 인해 음영 문제가 발생할 수도 있습니다.패널이 하루 동안 이동함에 따라 패널이 서로 너무 가까이 위치할 경우 종단 각도 효과로 인해 패널이 서로 음영 처리될 수 있습니다.예를 들어, 동쪽에서 서쪽으로 여러 개의 패널이 연속적으로 있는 경우, 태양 정오 중에는 음영이 발생하지 않습니다.그러나 오후에는 패널이 충분히 근접해 있으면 패널이 서쪽 인접 패널로 가려질 수 있습니다.즉, 패널은 트래킹 기능이 있는 시스템에서 음영을 방지하기 위해 충분한 거리를 두어야 하며, 이로 인해 태양 피크 시간 동안 특정 영역에서 사용 가능한 전력을 줄일 수 있습니다.패널 공간을 넓게 확보할 수 있는 충분한 토지 면적이 있다면 이는 큰 문제가 되지 않습니다.그러나 고정 배열에 비해 하루 중 특정 시간(태양 낮 12시 전후) 동안 출력이 감소합니다.이 문제를 수학으로 최적화하는 것을 역추적이라고 합니다.

또한, 단일 축 추적 시스템은 비교적 약한 풍속(갤로핑)에서 불안정해지는 경향이 있다.이는 단일 축 태양 추적 시스템의 비틀림 불안정성 때문입니다.자동 저장 및 외부 댐퍼와 같은 갤로핑 방지 조치를 실행해야 합니다.상세한 것에 대하여는, 이 문서를 참조해 주세요.

「 」를 참조해 주세요.

• 기단 계수
• 헬리오스타트
• 태양 에너지
• 태양 경로

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