كيف يعمل نظام تتبع الشمس؟

كيف يعمل نظام تتبع الشمس؟ الأنواع، التكاليف، والمكاسب في إنتاج الطاقة

نظام تتبع الشمس هو نظام تركيب مُحرَّك يُدوِّر الألواح الشمسية لتتبع حركة الشمس عبر السماء. وبدلًا من أن تبقى الألواح ثابتة عند زاوية واحدة، فإنها تُعدِّل موضعها باستمرار لكي تظل موجَّهةً مباشرةً نحو الشمس من الصباح حتى المساء.

النتيجة: ما بين ٢٥٪ و٣٠٪ كهرباءً إضافية من نفس العدد من الألواح مقارنةً بأنظمة التركيب الثابت المائل.

يغطي هذا الدليل بالتفصيل كيفية عمل أنظمة تتبع الشمس، والفرق بين الأنظمة ذات المحور الواحد وأنظمة المحورين، والمكاسب الفعلية في إنتاج الطاقة، والتكاليف، وكيفية اتخاذ القرار بشأن النوع الأنسب لمشروعك.

كيف يعمل نظام تتبع الشمس: الآلية الأساسية

يتضمَّن كل نظام تتبع شمسي ثلاثة عناصر أساسية تعمل معًا:

١. أجهزة الاستشعار تقاس أجهزة الاستشعار الضوئية شدة ضوء الشمس من زوايا متعددة في الوقت الفعلي. وعندما تكتشف الجهاز أن موقع الشمس قد تغيَّر، تُرسل إشارةً إلى وحدة التحكم.

٢. وحدة التحكم يقوم وحدة التحكم بمعالجة بيانات المستشعرات (أو يستخدم خوارزمية فلكية مُبرمَجة مسبقًا تعتمد على إحداثيات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والوقت) لحساب الزاوية المثلى للوحات. وتستخدم الأنظمة الحديثة كلا الطريقتين معًا — حيث تُحدِّد الخوارزمية الوضع الأساسي، بينما تقوم المستشعرات بضبطه بدقة.

٣. المحركات المؤثِّرة ومحركات الدوران تُحرِّك المحركات المؤثِّرة الخطية أو الدورانية هيكل التركيب فعليًّا. ويستخدم مُتتبِّع المحور الواحد محركًا واحدًا، بينما يستخدم مُتتبِّع المحورين محركين. وعادةً ما تكون هذه المحركات منخفضة الاستهلاك (بضع مئات من الواط لصف كامل من الألواح)، وبالتالي فإن الطاقة المستخدمة في التتبُّع تشكِّل جزءًا ضئيلًا جدًّا من الطاقة الإضافية المكتسبة.

وتتكرَّر دورة العمل الكاملة — الاستشعار، ثم الحساب، ثم الحركة — باستمرار طوال اليوم، مما يحافظ على وضع الألواح ضمن بضعة درجات من العمودي على الشمس في جميع الأوقات.

المُتتبِّعات ذات المحور الواحد مقابل المُتتبِّعات ذات المحورين: ما الفرق بينهما؟

الواح تتبع محورًا واحدًا (HSAT)

نوع الواح التتبع الأكثر انتشارًا عالميًّا. وتقوم البنية الداعمة بالدوران حول محور أفقي وحيد موجَّه من الشمال إلى الجنوب، ما يسمح للوحات الشمسية بالتحرك من الشرق إلى الغرب طوال اليوم.

لماذا تختار معظم المزارع الشمسية الكبيرة أنظمة التتبع أحادية المحور:

• المكاسب في إنتاج الطاقة بنسبة ١٥–٢٥٪ مقارنةً بالأنظمة الثابتة تكون كبيرةً وقابلةً للتنبؤ بها
• التصميم الميكانيكي الأبسط يعني تكاليف صيانة أقل
• يمكن ترتيب الصفوف بكفاءة، مما يقلل إلى أدنى حد تأثير استخدام الأراضي
• تم إثبات فعاليتها على نطاق الجيجاواط — وهي تقنية موثوقة من الناحية المالية لتمويل المشاريع

يغطي صف نموذجي لأنظمة التتبع أحادية المحور عادةً ٦٠–٨٠ لوحة شمسية على أنبوب عزم واحد، ويُدار بواسطة محرك واحد مزود بعلبة تروس. وتُستخدم وضعيات التخزين (وضع اللوحات بشكل أفقي) لحماية النظام أثناء هبوب الرياح العالية.

أجهزة تتبع ذو محورين

تضيف أنظمة التتبع ثنائية المحور محور دوران ثانٍ، ما يسمح للوحات بالانحناء أيضًا نحو الشمال والجنوب لتعويض التغيرات الموسمية في ارتفاع الشمس. وبذلك تحقّق محاذاةً شبه مثالية مع الشمس في جميع الأوقات.

متى يكون استخدام أنظمة التتبع ثنائية المحور منطقيًا:

• أنظمة الفوتوفولتيك المركزة (CPV) التي تتطلب محاذاة دقيقة جدًّا
• المواقع الواقعة شمال خط العرض ٥٠° حيث تكون التغيرات الموسمية في زاوية ارتفاع الشمس شديدة للغاية
• التركيبات الأصغر حجمًا التي تبرر التكلفة الأعلى بسبب العائد الأقصى لكل لوحة

في معظم مشاريع الطاقة الشمسية الكبيرة النطاق، فإن المكاسب الإضافية في إنتاج الطاقة من أنظمة التتبع ثنائية المحور مقارنةً بأنظمة التتبع أحادية المحور (والتي تتراوح عادةً بين ٥٪ و١٠٪) لا تبرر التكلفة الأعلى بكثير والتعقيد الأكبر في الصيانة. ولذلك، تهيمن أنظمة التتبع أحادية المحور على المشاريع الكبيرة.

المكاسب الفعلية في إنتاج الطاقة: ما الذي يمكن توقعه

تعتمد مكاسب الطاقة اعتمادًا كبيرًا على الموقع الجغرافي — وبشكل خاص على مدى تغير زاوية الشمس خلال اليوم وعلى مدار السنة في موقعك.

ملاحظة: تختلف المكاسب الفعلية باختلاف المناخ المحلي ومسافات التباعد بين الصفوف وظروف الظل.

تتحقق أعلى المكاسب في البيئات الصافية ذات الإشعاع الشمسي العالي والتغير الموسمي الكبير في زاوية ارتفاع الشمس — مثل جنوب غرب الولايات المتحدة، وجنوب أوروبا، والشرق الأوسط، وشيلي، وأستراليا.

تكلفة متبِع الطاقة الشمسية: ما العوامل التي تحدد السعر؟

عادةً ما تُقدَّر تكلفة متبِع الطاقة الشمسية على أنها تكلفة إضافية فوق نظام التثبيت الثابت المائل، وتُقاس بالدولار الأمريكي لكل واط ($/و) من السعة المركَّبة.

نطاق التكلفة الإضافية النموذجي:

• متبِع محور واحد: 0.3–0.5 $/و فوق نظام التثبيت الثابت المائل
• متبِع محورين: 0.4–0.7 $/و فوق نظام التثبيت الثابت المائل

وبالنسبة لمشروع مرافق بقدرة ١٠ ميغاواط، قد تضيف منظومة المتبِع ذي المحور الواحد ما يتراوح بين ٦٠٠٬٠٠٠ و١٬٢٠٠٬٠٠٠ دولار أمريكي إلى تكلفة التثبيت. وبفضل مكاسب الطاقة التي تتراوح بين ٢٠٪ و٢٥٪، فإن الإيرادات الإضافية الناتجة عن توليد الكهرباء تغطي عادةً هذه التكلفة الزائدة خلال فترة تتراوح بين سنتين وأربع سنوات، وذلك حسب أسعار الكهرباء المحلية.

عوامل التكلفة الرئيسية:

• أسعار الفولاذ والألومنيوم (أنابيب العزم والأساسات تمثل أكبر تكلفة مادية)
• موقع الأرض — المواقع المستوية تكون أقل تكلفةً بكثيرٍ في التركيب
• نوع الأساس — الأعمدة المدفوعة مقابل الأساسات الخرسانية
• تعقيد نظام التحكم
• أسعار العمالة المحلية

هل يستحق استخدام مُتتبِّع شمسي لمشروعك؟

يكون استخدام المتتبعات الشمسية منطقيًّا أكثر عندما:

• يبلغ حجم المشروع ١ ميغاواط أو أكثر (حيث توزَّع التكاليف الثابتة بشكل أفضل عند التوسع)
• يقع الموقع بين خطي عرض ٢٥° و٥٠° مع إشعاع شمسي جيِّد
• تكلفة الأرض مرتفعة (لأن المتتبعات تُنتج طاقةً أكبر لكل وحدة مساحة أرض مقارنةً بإضافة ألواح ثابتة إضافية)
• سعر شراء الطاقة مرتفع (إذ يمتلك كل كيلوواط ساعة إضافي يتم توليده قيمةً عالية)
• أرض الموقع مسطحة أو منحدرة بلطف

قد يكون التثبيت الثابت بزاوية أفضل عندما:

• يكون المشروع صغيرًا (سكني أو على أسطح المباني التجارية)
• توجد ظلال كبيرة في الموقع أو يكون التضاريس غير مستوية
• الميزانية محدودة، ويُعتبر فترة الاسترداد البسيطة أولوية قصوى
• بيئة الرياح العالية تزيد متطلبات الهيكل الداعم لمُتتبِعات الألواح الشمسية بشكل كبير

نظام Super Solar لمُتتبِعات المحور الواحد

تُصنّع شركة Super Solar هياكل تتبع شمسي ذات محور واحد مصممة لمشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق والتركيبات الأرضية التجارية. أبرز المواصفات الفنية:

• مقاومة الرياح: حتى ٥٥ م/ث (وضع التخزين)
• التكيف مع الانحدار: مدى انحدار التضاريس حتى ١٥°
• توافق اللوحات: جميع أحجام الألواح الشائعة حتى ٧٠٠ واط فأكثر
• نظام الدفع: محرك واحد لكل صف، وعلبة تروس منخفضة الصيانة
• التحكم: خوارزمية فلكية + طي تلقائي مُفعَّل بواسطة مقياس سرعة الرياح
• العمر الافتراضي: ٢٥ سنة فأكثر، بما يتوافق مع عمر وحدات الطاقة الشمسية

→ عرض مواصفات نظام التعقب أحادي المحور والطلب على عرض أسعار

الأسئلة الشائعة

كم تزيد أنظمة التعقب الشمسية من إنتاج الطاقة؟

تزيد أنظمة التعقب أحادية المحور عادةً من إنتاج الطاقة بنسبة ١٥–٢٥٪ مقارنةً بأنظمة التثبيت الثابت المائل. أما أنظمة التعقب ثنائية المحور فقد ترفع الإنتاج بنسبة ٢٥–٣٥٪. وتعتمد المكاسب الفعلية على الموقع الجغرافي وظروف المناخ المحلي.

هل تتطلب أنظمة التعقب الشمسية صيانةً كثيرة؟

تتطلب أنظمة التتبع أحادية المحور صيانةً منخفضة نسبيًا — حيث تُجرى فحوصات سنوية للمحركات وعلب التروس وأنظمة التحكم، بالإضافة إلى فحص مقياس سرعة الرياح وأجهزة الاستشعار. وقد صُمِّمت الأجزاء المتحركة لتدوم ٢٥ عامًا مع جداول تشحيم قياسية.

ما الفرق بين نظام التتبع ونظام التثبيت الثابت المائل؟

يحافظ نظام التثبيت الثابت المائل على الألواح عند زاوية واحدة ثابتة مُحسَّنة بشكل دائم لمتوسط موقع الشمس السنوي. أما نظام التتبع فيقوم بتعديل زاوية الألواح باستمرار لمتابعة الموقع الفعلي للشمس في الوقت الفعلي، مما يسمح باستيعاب طاقة أكبر بكثير.

هل أنظمة التتبع الشمسية مناسبة للتركيبات على الأسطح؟

لا تُستخدم أنظمة التتبع الشمسية عادةً على الأسطح. فهي تتطلب تركيبًا أرضيًّا مع وجود مسافة كافية لدوران الألواح، كما أن الأحمال الإنشائية الناتجة عنها غير متوافقة مع معظم هياكل الأسطح. وتُستخدم هذه الأنظمة أساسًا في المشاريع الكهروضوئية الأرضية ذات الطابع المرافق والتجاري.

كيف يؤثر الرياح على أنظمة التتبع الشمسية؟

تشمل أجهزة التتبع وظيفة التخزين التي تُمَدّ الألواح تلقائيًا بشكل مسطح (أو في وضع زاوية منخفضة) عندما تتجاوز سرعة الرياح عتبةً محددةً، وعادةً ما تكون هذه العتبة بين ١٢ و١٥ مترًا/ثانية. ويحمي هذا الإجراء الألواح والهيكل من أضرار الرياح. وتُفعَّل مواضع التخزين بواسطة أجهزة قياس سرعة الرياح (الأنيمومترات) المدمجة مع نظام التحكم.

سوبر سولار هي شركة مصنِّعة لهياكل تركيب الألواح الشمسية وأنظمة التتبع ومقرها مدينة شيامن في الصين. وللحصول على المواصفات الفنية أو أسعار المشاريع أو طلبات العينات، اتصل بفريق هندستنا.