Seguidor solar de un solo eje y de doble eje

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Los seguidores solares aumentan la eficiencia de los sistemas solares al proporcionar más luz solar directa a los colectores. Según la ubicación y el sistema específico, el seguimiento puede usar entre un 25 y un 40 % más de energía que sin él.

Rastreadores activos y pasivos

Los seguidores solares se pueden clasificar en activos o pasivos.

Seguimiento solar activo

Un rastreador activo usa energía externa para moverse durante el día de este a oeste.

Por lo general, se suministra energía a un motor eléctrico para hacer girar uno o dos ejes; la energía puede obtenerse del colector y almacenarse en una batería para monitoreo continuo.

El rastreador debe colocar el colector en el lado este para que esté listo para el día siguiente, por lo que la energía debe estar disponible después de la puesta del sol desde una batería o red eléctrica para la operación de reinicio.

Otro tipo de trazador activo es un trazador hidráulico, que requiere energía para la bomba y el controlador.

seguidor solar pasivo

Un seguidor pasivo no requiere una fuente de alimentación externa para girar el eje (por lo general, solo se usa un eje con este tipo de seguimiento).

Un tipo utiliza trazadores líquidos pasivos, que se encuentran en pasajes ubicados a ambos lados del módulo que pueden convertirse fácilmente en vapor. La figura 1 muestra la idea.

Los recipientes están conectados a un tubo largo y dependen del peso variable del líquido cuando se calienta a la luz del sol.

Cuando brilla el sol y un recipiente tiene sombra y el otro no, el líquido en el tubo caliente se vaporiza y empuja más líquido hacia el tubo con sombra. El peso se mueve y el rastreador se mueve de una manera que tiende a igualar la temperatura y, por lo tanto, el peso.

Los rastreadores pasivos son simples y no necesitan alimentación externa, pero no se reinician y se dejan encendidos durante la noche mirando hacia atrás. Lleva una hora traerlos de regreso al este a la mañana siguiente para producir energía, que es el tiempo que un rastreador activo no pierde.

Por lo tanto, el seguidor pasivo no utiliza tanta energía disponible como un un activo rastreador.

Para interceptar la cantidad máxima de energía en un año, se utilizan simulaciones por computadora del clima para seleccionar un ángulo de inclinación y, en general, favorecer un ángulo de inclinación mayor para producir más energía durante los días de invierno. ).

Seguidores de altura-acimut

La mayoría de los rastreadores utilizan una configuración de elevación-acimut con un eje vertical y un eje horizontal.

La definición de Ángulo de elevación el ángulo formado entre un plano horizontal y una línea imaginaria dirigida hacia el sol.

el es ángulo de acimut es una distancia angular horizontal desde la dirección de referencia, generalmente al norte. Consulte la Figura 3 para ver una ilustración de las definiciones de los ángulos de elevación y azimut en relación con el sol.

En el caso del seguimiento de un solo eje, el eje de rotación suele ser el eje vertical que el rastreador mueve de este a oeste durante el día.

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Con la rotación sobre el eje vertical, el colector mantiene una distancia al suelo constante. El colector se titula desde el plano de tierra por un tamaño aproximadamente igual a la latitud, con el colector mirando hacia el este por la mañana y girando lentamente hacia el oeste por la noche.

Después de la puesta del sol, los rastreadores activos se reinician hacia el este para estar listos para el día siguiente, pero como se mencionó anteriormente, se necesitan rastreadores pasivos para reiniciar la luz del sol.

La Figura 4 muestra una matriz de seguimiento de un solo eje que controla las pantallas planas. El eje vertical es el único que sigue.

imagen 3 Definiciones de altitud y azimut. La línea punteada es la trayectoria del sol en un día determinado y en un lugar determinado de la tierra.

Conjunto de colectores con remolques de un solo eje

Figura 4 Matriz de colectores con seguidores de un solo eje. Tenga en cuenta la estructura de soporte pesado.

El camino del sol sobre el horizonte es más corto en invierno y más largo en verano, por lo que el arco de rotación es diferente para los rastreadores según la estación.

En algunos casos, la inclinación de los paneles fotovoltaicos en un seguidor de un solo eje se ajusta manualmente para tener en cuenta los cambios estacionales en el movimiento del sol.

Otro tipo de seguimiento de un solo eje se muestra en Figura 5. Utiliza espejos para enfocar la luz en un tubo lleno de aceite sintético. En este ejemplo, un solo actuador puede controlar una línea completa de tanques solares que giran alrededor de un eje común.

Los canales están alineados a lo largo de un eje norte-sur y están orientados hacia el sol. Durante el día, los espejos van de este a oeste para seguir al sol en el cielo; regresaron al este por la tarde para esperar el sol a la mañana siguiente.

Una matriz de unidades largas es una configuración eficiente para un sistema de un solo eje. Esta red es una planta de energía comercial en Kramer Junction, California.

El aceite caliente se bombea a un intercambiador de calor con un circuito de agua en el otro lado. Esta agua se evapora en vapor que hace girar una turbina, produciendo electricidad.

El mismo concepto de un sistema de accionamiento primario también se puede aplicar a una línea de sensores de panel plano.

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Seguimiento de un eje para colectores de concentrado de tanque

Figura 5 Seguimiento de un eje para colectores de concentrado de tanque

Los colectores huecos son un tipo de óptica sin imágenes que tienen un ángulo de aceptación de la radiación solar más amplio que el tipo de concentrador de imágenes.

La óptica que no genera imágenes enfoca la energía radiante, pero los objetivos son la iluminación uniforme de un objetivo largo en lugar de un punto pequeño y una buena transferencia de calor al objetivo. Como se mencionó, una cuadrícula como esta es ideal para el seguimiento de un solo eje. En este caso, se utilizan accionamientos de motor e hidráulicos.

La Figura 5b muestra un accionamiento hidráulico, que está ubicado en el medio del tanque largo y hace girar todo el tanque.

Rastreadores ecuatoriales

Un rastreador ecuatorial (a veces llamado rastreador polar) es una variación del rastreador de eje horizontal en el que el eje de rotación se inclina para ser paralelo al eje de la Tierra (apuntando hacia el norte en el hemisferio norte y hacia el sur en el hemisferio sur).

En un seguidor ecuatorial de un solo eje, los paneles se colocan de modo que queden perpendiculares al eje. La figura 6 muestra paneles solares montados en una montura ecuatorial.

Los paneles se instalan de manera que el movimiento de la web al amanecer y al atardecer no se vea afectado. El diseño del dispositivo que se muestra es similar a la montura del telescopio del famoso Telescopio Hale en el Monte Palomar.

Rastreador montado ecuatorialmente

Figura 6 Rastreador montado ecuatorialmente

Seguidores de doble eje

Algunos colectores concentrados requieren una mayor precisión que la que puede proporcionar un seguidor de un solo eje. Cuanto mayor sea la relación de concentración, mayor será la precisión de seguimiento requerida.

Los llamados colectores de imágenes, como las antenas parabólicas utilizadas con los motores Stirling, requieren la máxima precisión. Consulte la Figura 7 para ver un ejemplo.

Los colectores de imágenes enfocadas funcionan con radiación directa en lugar de difusa y son ineficaces a menos que apunten directamente al sol.

Para obtener la máxima energía y la temperatura más alta, se debe utilizar el seguimiento de dos ejes. Como sugiere el nombre, un rastreador de doble eje puede moverse en cualquiera de las dos direcciones.

Un gran seguidor de dos ejes con motor Stirling

Imagen 7 Un gran seguidor de dos ejes con motor Stirling

Generalmente, estos rastreadores se configuran como dispositivos de alto-acimut, lo que significa que los ejes se mueven verticalmente (altura) y horizontalmente (acimut). reduce este es el problema de la distancia al suelo, que puede ser un problema con las monturas ecuatoriales, pero requiere que un controlador haga ajustes cuando se accionan dos motores.

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también para enfocar variedades, a veces se usa el seguimiento de dos ejes con variedades planas. Un colector plano recibe siempre la máxima energía solar si se orienta de manera que la radiación directa sea perpendicular a su superficie.

Un seguidor dual mueve el sensor de forma continua a lo largo del día para cumplir con esta condición, maximizando la energía solar recolectada.

Por lo tanto, la consideración principal al decidir si usar un eje simple, un eje doble o ninguna oruga se reduce al costo.

La mayoría de los seguidores de doble eje son del tipo activo y utilizan dos motores independientes para girar el eje.

El método más común para mover un seguidor de doble eje es con motores paso a paso, que se pueden girar con precisión sobre una parte de un arco. Los motores están controlados por un controlador dedicado.

Se escribieron varios algoritmos de seguimiento para proporcionar coordenadas solares al controlador; entre los más precisos se encuentra el NREL, que puede calcular la posición del sol durante un período de 8.000 años con incertidumbres de ±0,0003°. Aunque esto es mucho más preciso de lo que necesitaría cualquier rastreador solar, es útil para algunas mediciones solares, donde se captura y rastrea una pequeña porción del sol.

Preguntas de revisión

  1. Para el seguimiento de un solo eje, ¿cuál es el mejor ángulo para establecer el ángulo de elevación para el verano en Phoenix, Arizona (latitud 33,5° N)?
  2. ¿Fijaría otro ángulo si el ángulo fuera fijo y no se puede ajustar según las estaciones? Explica tu respuesta.
  3. ¿Cómo orientaría un rastreador de un eje para el verano (diciembre) en Sydney, Australia (latitud 34°S)?
  4. Compare el seguimiento de dos ejes y el seguimiento de un solo eje para un sistema fotovoltaico plano. ¿Cuáles son los principales criterios de selección para elegir uno u otro?
  5. ¿Por qué un colector de motor Stirling necesita un seguidor de doble eje?

respuestas

  1. (a) Ajuste a 35,5° a menos que se desee optimizar para una temporada en particular.
  2. Puede optimizar la energía recolectada haciendo ajustes estacionales. Establezca el ángulo de latitud para la primavera y el otoño. Ajuste 15° más bajo en verano y 15° más alto en invierno.
  3. El ángulo base de inclinación se fijaría en 19° mirando al norte.
  4. Los rieles de doble eje siempre recolectan más energía que un riel de un solo eje, pero para una placa plana, la energía adicional recolectada puede no compensar el costo adicional.
  5. El motor Stirling es un ejemplo de un colector de imágenes que requiere altas temperaturas para ser eficiente. Esto se logra mejor con el seguimiento de doble eje.
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