Динамический солнечный монтажный дизайн

1. Переход от пассивного к активному
2. Динамичный дизайн в монтажных системах
3. Решение проблемы ветра
4. Динамическая стабилизация

Менее чем за десятилетие солнечная энергетика выросла с незначительной части энергетического баланса США до лидирующего источника новых генерирующих мощностей в 2016 году. С масштабом приходят более зрелые технологии и снижение затрат, но в целом солнечная энергия - очень молодая отрасль. по сравнению с углем, газом, гидро и даже ветром. Технология отслеживания солнечной энергии еще моложе. Только в последние несколько лет большинство новых мощностей переместилось с систем фиксированного наклона на системы слежения. Таким образом, в то время как монтажные системы сегодня более продвинуты, чем когда-либо, мы лишь поцарапали поверхность того, на что они могут быть способны в будущем.

Переход от пассивного к активному

Глядя на развитие технологий в разных отраслях, часто наблюдается переход от пассивных к активным и динамическим системам. Пассивный дизайн не способен реагировать на изменения в окружающей среде и может быть надежным, экономичным и элегантным. Активный дизайн использует датчики для запуска действия, которое улучшает производительность, и требует системы управления. Наконец, динамический дизайн - это тот, в котором подключенное устройство реагирует в нескольких измерениях, обеспечивая богатое взаимодействие с миром и часто выходя за пределы своей первоначальной функции.

Ветровые турбины (для выработки электроэнергии) являются ярким примером этой технологии. Ключевым моментом при проектировании любой ветряной турбины является управление переменным ветром. При низких скоростях ветра турбина должна максимизировать выработку электроэнергии. При высоких скоростях ветра, когда доступная мощность превышает номинальную мощность турбины, необходимо сбросить мощность, иначе турбина разорвется на части. На протяжении 1990-х годов лучшие ветряные турбины были с фиксированным шагом, как пример пассивного дизайна, где роторы с тщательно разработанными лопастями используют аэродинамическую стойку для элегантного управления мощностью. Некоторые производители рассчитывали улучшить производительность с помощью роторов с переменным шагом, как пример активного дизайна. Как описано информационная группа по ветроэнергетике «Поверхностно, этот подход, казалось, предлагал лучший контроль, чем регулирование сваливания, но из опыта выяснилось, что управление тангажем […] может быть довольно проблематичным», потому что система управления может быть захвачена ножами в неправильном положении. Современные ветряные турбины имеют динамичный дизайн. Приводы с регулируемой скоростью работают синергетически с роторами с переменным шагом, что обеспечивает наилучшее производство энергии и ее качество. Усовершенствованная система управления управляет не только производством энергии, но и вспомогательными функциями, включая реактивную мощность, управление частотой, размораживание лезвия и, по крайней мере, от одного производителя, «функцию летучей мыши», используемую для защиты летучих мышей. Высокодетализированные данные от ветряных турбин позволяют прогнозировать O & M. Что касается ветряных турбин, динамическое проектирование увеличило генерацию, улучшило время безотказной работы и обеспечило сетевые услуги

Инверторы представляют собой еще один пример эволюции от пассивных к активным и динамическим системам. Производители солнечных инверторов быстро разработали функцию отслеживания максимальной мощности (MPPT), благодаря которой инвертор изменяет напряжение в сети в режиме реального времени, чтобы максимизировать мощность солнечных модулей. В соответствии с активной конструкцией, инвертор использует датчики для запуска действия, которое улучшает производительность. Новые интеллектуальные инверторы с динамическим дизайном делают большой шаг вперед как по своим возможностям, так и по сложности. С небольшими изменениями в оборудовании инвертора, подключенные системы управления открывают преимущества системного уровня. Почти две дюжины интеллектуальных функций инвертора описаны EPRI , Интеллектуальные инверторы воплощают динамический дизайн, потому что они имеют богатые взаимодействия на системном уровне, которые выходят далеко за рамки первоначальной функции инвертора.

Динамичный дизайн в монтажных системах

Эволюция динамического дизайна теперь очевидна в системах крепления PV. Для справки, цель монтажной системы состоит в том, чтобы удерживать солнечные модули на месте относительно элементов и в положении, выгодном для производства энергии. Правильно спроектированная монтажная система сохранит целостность в течение всего срока службы электростанции, несмотря на коррозию, снег, лед, землетрясения и ураганный ветер, а также сведет к минимуму затраты на установку и обслуживание.

Первое поколение систем крепления было фиксированным наклоном и, как следует из названия, пассивным. Такие системы имеют элегантную простоту. Лучшие конструкции с фиксированным наклоном являются высокоэффективными с точки зрения конструкции, цепочки поставок и установки. Поскольку движущихся частей нет, техническое обслуживание сведено к минимуму. Некоторые конструкции с фиксированным наклоном могут обрабатывать уклоны с уклоном до 20% и имеют различные конструкции фундаментов, чтобы соответствовать даже самым худшим геотехническим условиям. Направляя модули на юг, выработка энергии максимизируется (по сравнению с любым другим направлением). Во многих условиях наилучшим выбором остается хорошо спроектированная система с фиксированным наклоном, особенно в условиях снижения стоимости модулей и в местах, где часто бывают облака или дымка.

Трекеры открыли эпоху активного проектирования систем крепления. Самая популярная технология, горизонтальная одиночная ось, направляет модули на восток на восходе солнца и следует за солнцем через небо на запад. В зависимости от местоположения эта конфигурация увеличивает выработку на 15-25% относительно системы с фиксированным наклоном. Датчик наклона контролирует положение массива, а система управления производит расчеты на основе времени и местоположения, чтобы дать команду трекеру перейти к оптимальному наклону. Конечно, это связано со стоимостью металла и стоимостью внедрения активной системы управления. Трекеры на порядок сложнее систем с фиксированным наклоном и нуждаются в долгосрочном плане технического обслуживания, но теперь трекеры хорошо приняты, чтобы обеспечить значительный уровень затрат на электроэнергию при установке в нужном месте. Самые экономичные конструкции позволяют размещать до 90 модулей на стол. Типичная таблица отслеживания полезности имеет длину почти 100 ярдов и ширину 2 метра со столом вдоль оси Север-Юг. Магистраль трекера называется торсионной трубкой, поскольку она несет значительный крутящий момент от модулей к приводу в центре стола.

Решение проблемы ветра

Со временем производители разработали концепцию укладки ветра. Отслеживая скорость ветра и перемещая стол в удобное положение во время ветра, трекер может быть рассчитан на меньшие усилия, что в конечном итоге снижает стоимость. Укладка ветра была значительным улучшением. Однако, как и в первом поколении конструкций активных ветряных турбин, полевой опыт выявил некоторые проблемы. Интуитивно понятное размещение под низким углом (т. Е. Горизонтальные модули) сводит к минимуму ветровую нагрузку. Было обнаружено, что трекеры с длинными столами в низкоугловом месте могут быть уязвимы к динамическим крутящим силам, вызванным сложными для моделирования явлениями, такими как крутильный скачок. Существующие системы с проблемами были дооснащены амортизаторами, чтобы уменьшить движение, и несколько производителей приняли наклон под большим углом, например, 30 градусов для NexTracker и включены демпферы. Укладка под большим углом помогает контролировать кручение, но увеличивает боковую ветровую нагрузку на модули и систему крепления. Другие производители выбрали другой подход. Exosun Уникальная система имеет короткие таблицы, которые ограничивают скручивание. Array Technologies ( ATI ) избегает активных элементов; их новейший трекер представил пассивное хранилище. Муфта в коробке передач позволяет столам скользить до максимального наклона во время ветра, а подшипники обеспечивают скручивающую опору к торсионной трубе. Несмотря на надежность, стол должен быть спроектирован таким образом, чтобы противостоять всей силе ветра под любым углом.

Разработав системы управления для реагирования на ветровые явления, переход к динамическому дизайну стал неизбежным. Включение нескольких датчиков и элементов управления в интеллектуальную систему управления обеспечивает бесчисленные режимы работы. Другими словами, современные трекеры могут делать гораздо больше, чем просто указывать на солнце. Например, датчик снега может активировать режим снега, который перемещает трекеры к максимальному наклону - убирает снег, снижает нагрузку более чем на 80% и очищает модули для производства энергии. Режим O & M ставит столы в удобное положение для очистки модуля. Различные режимы защиты защищают систему.

Динамическая стабилизация

Наклон является основным элементом управления в трекере. Менее заметные элементы управления включают управление батареями и климат-контроль в контроллерах трекера. В 2016 году SunLink Введена динамическая стабилизация - метод изменения структурных характеристик трекера в зависимости от условий окружающей среды в реальном времени. Конструкция добавляет новое измерение контроля за демпфированием и жесткостью массива, открывая совершенно новое пространство для решения для увеличения выхода энергии, поддержания целостности конструкции и снижения затрат.

При активации динамическая стабилизация перенаправляет усилия в фундамент, а не позволяет крутящему моменту накапливаться по длине торсионной трубки. Усиленный контроль позволяет безопасно убирать под углом, сводя к минимуму ветровые нагрузки на конструкцию. В итоге, структура может быть сделана более модульной и эффективной. Минимизация ветровых нагрузок также имеет преимущества для модулей. Ожидается, что, хотя это еще не определено количественно, низкоугловое размещение уменьшит микротрещины и деградацию модулей в течение срока службы солнечной установки.

Данные с отдельных трекеров отправляются через беспроводную сеть в локальные системы SCADA и системы удаленного мониторинга данных. Использование стандартов связи и безопасности данных, разработанных в области технологий и финансов, позволяет создавать безопасные, но доступные базы данных проектных данных. Инновации, такие как API, уменьшают трение соединительных систем. Доступность данных станет основным сдвигом в сфере коммунальных услуг, где изолированные системы стали золотым стандартом. Преимущества более доступных данных многочисленны. Тщательный анализ и представление данных используются для разработки продукта, раннего выявления проблем и прогнозирующего обслуживания. В дальнейшем данные о результатах проекта будут служить основой для проектирования системы и количественной оценки рисков, сокращения затрат на финансирование и ускорения внедрения солнечной энергии.

В конечном счете, динамическое проектирование подразумевает использование интеллектуальных подключенных устройств для обеспечения преимуществ на уровне системы. По мере развития систем солнечного монтажа ожидайте, что производители будут вкладывать средства в дистанционный мониторинг и управление, интеграцию инверторов и систем хранения, а также возможности для сетевых услуг.

Автор Патрик Килин, директор по управлению продуктами, SunLink Corp ,

Похожие