در نیروگاه‌های خورشیدی، نحوه قرارگیری پنل‌ها (Solar Panels) روی سازه (Mounting Structure) نقش کلیدی در بازدهی انرژی و هزینه‌های پروژه دارد. دو روش اصلی برای نصب پنل‌ها سازه ثابت و سازه متحرک یا ردیاب خورشیدی است که هر کدام از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند. انتخاب یکی از این دو روش به موقعیت جغرافیایی، بودجه، اهداف تولید انرژی و شرایط محیطی پروژه بستگی دارد.
در این مطلب از مجله انرژی مهرسان این دو سیستم، تفاوت‌ها و کاربردهای آنها را بررسی خواهیم کرد.
سیستم فتوولتائیک با سازه ثابت (Fixed Tilt PV System) چیست؟
سیستم سازه ثابت نوعی آرایش نصب پنل خورشیدی است که در آن پنل‌ها با یک زاویه و جهت مشخص، معمولاً رو به جنوب در نیمکره شمالی، ثابت می‌شوند تا حداکثر نور خورشید را دریافت کنند. زاویه شیب این پنل‌ها ثابت بوده و معمولاً بر اساس موقعیت جغرافیایی محل نصب و تغییرات فصلی مسیر خورشید تعیین می‌شود.
این روش نصب به دلیل سادگی و هزینه کمتر تجهیزات و نگهداری، نسبت به سایر سیستم‌ها مقرون‌به‌صرفه‌تر است. سازه‌های ثابت به طور گسترده در نیروگاه‌های خورشیدی تجاری بزرگ و پروژه‌های مقیاس نیروگاهی استفاده می‌شوند، جایی که هدف اصلی تولید بیشترین انرژی ممکن با کمترین هزینه است.
بازدهی این سیستم بستگی به زاویه و جهت قرارگیری پنل‌ها نسبت به خورشید دارد؛ هرچه پرتوهای خورشید عمودتر به پنل‌ها برسد، جذب انرژی بیشتر خواهد بود. بنابراین زاویه شیب باید متناسب با عرض جغرافیایی منطقه طراحی شود. برای مثال، در عرض‌های جغرافیایی کم مانند ایالت هاوایی، خورشید در ارتفاع بیشتری قرار دارد و پنل‌ها به زاویه شیب زیادی نیاز ندارند، ولی در عرض‌های جغرافیایی زیاد مانند ایالت مینه‌سوتا، خورشید ارتفاع کمتری دارد و پنل‌ها اغلب با زاویه شیب بیشتری نصب می‌شوند تا نور مستقیم خورشید را دریافت کنند.
در این روش، پنل‌ها با زاویه‌ای از پیش تعیین شده روی یک سازه ثابت نصب می‌شوند و این زاویه در طول سال تغییر نمی‌کند. زاویه بهینه بسته به عرض جغرافیایی و شرایط آب‌وهوایی محل انتخاب می‌شود.
مزایای سیستم فتوولتائیک با سازه ثابت
- هزینه اولیه پایین‌تر: طراحی و نصب ساده‌تر، قطعات مکانیکی کمتر و هزینه ساخت پایین‌تر نسبت به سیستم‌های متحرک.
- هزینه نگهداری کمتر: نبود قطعات متحرک باعث کاهش احتمال خرابی و هزینه‌های تعمیر و سرویس می‌شود.
- قابل‌اعتمادبودن در شرایط سخت: مقاومت و پایداری در مقابل باد شدید، برف سنگین یا گرمای زیاد.
- مناسب برای پروژه‌های کوچک و متوسط: انتخاب محبوب برای پروژه‌های با بودجه محدود بدون کاهش چشمگیر تولید انرژی.
معایب سیستم ثابت
- بازده انرژی کمتر؛ به دلیل زاویه ثابت، امکان دنبال کردن مسیر خورشید وجود ندارد.
- کارایی کمتر در فصول مختلف؛ تغییر زاویه خورشید در طول سال می‌تواند بازدهی را کاهش دهد.
سیستم ردیاب تک‌محوره سازه متحرک
سیستم متحرک (Solar Tracking PV System)
ردیابی خورشیدی با استفاده از ابزارهای پیشرفته‌ای مانند حسگرها و رایانه‌ها، موقعیت خورشید را به صورت لحظه‌ای رصد کرده و پنل‌ها را در جهت بهینه حرکت می‌دهد تا زاویه تابش نور خورشید تقریباً عمود بر سطح پنل باشد. این سیستم‌ها می‌توانند تولید انرژی را تا ۱۰ تا ۲۰ درصد افزایش دهند و بازدهی قابل توجهی در پروژه‌های بزرگ فراهم کنند.
با این حال، ردیاب‌های خورشیدی به‌دلیل وجود قطعات متحرک، هزینه نصب و نگهداری بالاتری دارند و معمولاً عمر ضمانت کوتاه‌تری نسبت به سیستم‌های ثابت دارند. همچنین، سیستم‌های ردیاب مبتنی بر الگوریتم‌های رایانه‌ای پیچیده، به‌دلیل نیاز به نگهداری بیشتر و احتمال منسوخ شدن سریع‌تر، هزینه‌های عملیاتی بالاتری دارند. در مقابل، سیستم‌های ثابت ساده‌تر، ارزان‌تر و قابل اطمینان‌تر بوده و برای پروژه‌های کوچک‌تر یا مناطقی با شرایط سخت آب‌وهوایی مناسب‌تر هستند.
در این روش، پنل‌ها روی سازه‌ای قرار می‌گیرند که مسیر حرکت خورشید را دنبال می‌کند. این سیستم‌ها در دو نوع اصلی وجود دارند:
- ردیاب تک‌محوره یا (Single-Axis Tracker) حرکت پنل از شرق به غرب در طول روز.
- ردیاب دومحوره یا (Dual-Axis Tracker) علاوه بر حرکت شرق به غرب، زاویه شیب نیز برای دنبال‌کردن ارتفاع خورشید تنظیم می‌شود.
مزایای سیستم متحرک
- افزایش تولید انرژی؛ تولید ۱۵ تا ۲۵ درصد بیشتر (ردیاب تک‌محوره) و تا ۳۵ درصد بیشتر (ردیاب دومحوره) نسبت به سیستم ثابت.
- بهینه‌سازی فصلی؛ تنظیم زاویه بر اساس موقعیت خورشید در فصل‌های مختلف.
- کارایی بالا در پروژه‌های بزرگ؛ در نیروگاه‌های بزرگ، افزایش تولید انرژی می‌تواند هزینه اولیه بالا را توجیه کند.
- سازگاری با شرایط متغیر؛ عملکرد بهتر در مناطق با تغییرات زیاد تابش خورشید.
معایب سیستم متحرک
- هزینه اولیه بالاتر؛ به‌دلیل وجود موتور، سنسور و مکانیزم‌های حرکتی
- نیاز به نگهداری بیشتر؛ فرسودگی مکانیکی و نیاز به سرویس منظم
- پیچیدگی نصب؛ نیاز به مهارت و تجهیزات تخصصی بیشتر
کدام سیستم برای پروژه شما مناسب‌تر است؟
انواع مختلفی از سیستم‌های ترکر در بازار وجود دارد، اما معمولاً سیستم‌های تک‌محوره که به‌صورت افقی نصب می‌شوند بیشتر رایج‌اند. برخلاف سازه‌های ثابت که معمولاً به سمت جنوب هستند، سازه‌های ترکر به محور شرق و غرب وصل می‌شوند. این سازه‌ها در طول روز از صبح تا غروب، از زاویه مثبت ۶۰ درجه (شرق) شروع می‌کنند. در ظهر به زاویه صفر می‌رسند و تا زاویه منفی ۶۰ درجه (غرب) حرکت می‌کنند. این روند، معنای واقعی «ترکینگ» یا ردیابی خورشید است.
میزان افزایش تولید انرژی در این سیستم‌ها به پارامترهای متعددی وابسته است که در ادامه برخی از آنها را بررسی می‌کنیم:
موقعیت جغرافیایی و شرایط آب‌وهوایی
در مناطق با تابش زیاد و ساعات آفتابی طولانی، سیستم متحرک بازده بالاتری دارد؛ درحالی‌که در مناطق با آب‌وهوای نامساعد یا مسیر خورشید غیرقابل پیش‌بینی، سیستم ثابت قابل اعتمادتر است. به طور متوسط، سیستم‌های ترکر می‌توانند بین۱۰ تا ۲۰ درصد افزایش تولید انرژی نسبت به سازه‌های ثابت ایجاد کنند.
اما نکته مهم این است که در عرض‌های جغرافیایی مختلف، عملکرد ترکرها متفاوت است. برای مثال:
- در زمستان که تابش خورشید مایل است، سازه‌های ثابت که رو به جنوب هستند مزیت دارند و تولید انرژی بیشتری دارند.
- در تابستان سازه‌های ترکر عملکرد بهتری دارند و در کل سال میزان تولید انرژی بیشتری ارائه می‌دهند.
- هرچه به سمت استوا حرکت کنیم و عرض جغرافیایی کمتر شود، عملکرد سیستم ترکر بیشتر شبیه سازه ثابت شده و تفاوت در تولید انرژی بین فصول کمتر می‌شود.
- هرچه عرض جغرافیایی بالاتر رود، این تفاوت در فصل گرم افزایش می‌یابد و در فصل سرد سازه ثابت حتی ممکن است بهتر عمل کند.
مثلاً در استان اصفهان، سیستم‌های ترکر حدود ۵ درصد بیشتر انرژی نسبت به یزد و کرمان تولید می‌کنند. بر اساس تجربه در نیروگاه‌های اصفهان، دو سیستم ۱۰ مگاواتی شاهد افزایش ۱۰ تا ۲۰ درصدی تولید انرژی با ترکر بوده‌اند، در حالی که در یزد این عدد تا ۲۶ درصد بوده است.
از لحاظ هزینه نیز، بخش سازه ترکر به طور متوسط ۴۰ تا ۵۵ درصد هزینه کل را افزایش می‌دهد و در کل EPC پروژه‌ها تاثیر هزینه‌ای قابل توجهی دارد.
نوع موتور به‌کاررفته در سیستم‌های ترکر
موتورهای DC که معمولاً در ترکرها استفاده می‌شوند، کنترل‌پذیری بهتری دارند و حرکت روان‌تری ارائه می‌دهند، اما نرخ خرابی و استهلاک بالاتری دارند و عمر مفید کوتاه‌تری دارند. موتورهای AC دوام و کیفیت بهتری دارند، اما هزینه بالاتری دارند و در ایران پروژه‌های کمی از موتور AC استفاده می‌کنند. نرخ خرابی و هزینه‌های نگهداری بالا از جمله عواملی است که می‌تواند اثر مثبت سیستم‌های ترکر را کاهش دهد. استاندارد IEC 62817 ملزومات طراحی سیستم‌های ترکر خورشیدی را تعیین کرده و می‌تواند به عنوان مرجع در طراحی و انتخاب سیستم‌های ردیاب استفاده شود.
مهرسان نوین پارس برای انتخاب مناسب‌ترین سیستم ترکر در کنار شماست
قبل از تصمیم‌گیری نهایی درباره نوع سیستم ترکر در پروژه‌های خورشیدی، باید الگوی درآمدزایی، بازگشت سرمایه، هزینه‌های ساخت و نگهداری و اهداف تولید انرژی مورد بررسی دقیق قرار بگیرند. انتخاب نهایی باید بر اساس تابش خورشید، بودجه، مساحت زمین، هزینه نگهداری و اهداف انرژی انجام شود.
اگر به دنبال راهکارهای بهینه برای نیروگاه خورشیدی خود هستید و می‌خواهید بهترین سیستم متناسب با شرایط و بودجه پروژه‌تان را انتخاب کنید، کارشناسان تخصصی مهرسان آماده ارائه مشاوره رایگان به شما هستند.
با مهرسان تماس بگیرید تا با تحلیل دقیق شرایط شما، بهترین گزینه نصب پنل‌های خورشیدی ثابت یا متحرک را پیشنهاد دهیم و به حداکثر بازدهی و صرفه‌جویی در هزینه‌ها برسید!
