Spoľahlivosť výrobkov TRAXLE
V sledovačoch sa používajú dobre osvedčené silikónové solárne panely a jednosmerné motory s permanentným magnetom (nepoužívajú sa teda žiadne exotické technológie ani nebezpečné látky ako sú freóny).
Nízkootáčkový (500 ot./min) jednosmerný motor pre sťažené podmienky je kompletne chránený proti preťaženiu. Počas akceleračných testov vykonala pohonná jednotka 10000 sledovacích cyklov, čo predstavuje 30 prevádzkových rokov. Na komponentoch pohonnej jednotky je možné pozorovať iba zanedbateľné opotrebenie. Stanovená životnosť uhlíkov motora je 2000 hodín pri 5000 ot./min, t.j. 600 miliónov otáčok, zatiaľ čo motor vykoná len 6 miliónov otáčok v priebehu 30 rokov. Nespoľahlivé a nákladné komponenty, ako sú batérie a pohonná elektronika boli úplne eliminované. Toto značne zvýšilo spoľahlivosť.
Takmer konštantné uhly dopadu slnečného žiarenia v priebehu pracovného cyklu (v porovnaní s pevnými sústavami) často umožňujú používať sledovacie sústavy bez elektroniky Maximum Power Point Tracker (MPPT), pretože variácie pracovného bodu sledovacej solárnej sústavy od optimálnych hodnôt sú veľmi malé
Energia vyrábaná sledovacími sústavami omnoho viac zodpovedá dennému záťažovému diagramu, než pri pevných sústavách. Sledovací systém generuje elektrinu tiež zavčas ráno a neskoro popoludní, kedy pevné sústavy dávajú len zanedbateľný výkon. To umožňuje viac aplikácií bez batérií. Pokiaľ sú však batérie použité, ich kapacita môže byť menšia. Keďže účinnosť bežnej olovenej batérie s kyselinou je <80%, je účinnosť systému s obmedzeným využitím batérií vyššia, než pri systéme, kde sa musí podstatné množstvo energie ukladať.
Použitie sledovacích solárnych systémov preto umožňuje omnoho častejšie priame napojenie na spotrebiče bez nákladných a nespoľahlivých batérií i MPPT.
Batérie, spoločne s MPPT, sú najmenej spoľahlivé komponenty fotovoltaických systémov. Preto sú sledovacie fotovoltaické systémy bez batérií a MPPT spoľahlivejšie a lacnejšie, než pevné fotovoltaické systémy.
Záťaž vetra
Solárne sledovacie systémy, ktoré sa teraz používajú oveľa častejšia než kedykoľvek predtým, musia teraz pracovať minimálne 20 rokov s minimálnou údržbou, pokiaľ majú úspešne vytlačiť pevné systémy. Zariadenie, ktoré sa montuje vonku, musí spĺňať medzinárodné parametre bezpečnosti, vrátane odolnosti proti vetru. To silne zvyšuje požiadavky na spoľahlivosť. Vietor s rýchlosťou v vo vzduchu s hustotou rpôsobiaci kolmo na obdĺžnikovú plochu S, vyvoláva silu F danú vzorcom
cx je koeficient odporu vzduchu pre obdĺžnikovú plochu S, ktorá je orientovaná kolmo na prúd vzduchu. Hodnota cx je približne cx = 1,2 pre bežnú obdĺžnikovú fotovoltaickú sústavu.
Vzorec jasne ukazuje, že pre návrh fotovoltaickej sústavy musí byť starostlivo zmeraná miestna rýchlosť vetra, pretože aerodynamické sily pôsobiace na fotovoltaickú sústavu sú úmerné druhej mocnine rýchlosti vetra. Pri rýchlosti v = 160 km.h-1 je aerodynamická sila takmer dvojnásobná v porovnaní s aerodynamickou silou pri rýchlosti vetra v = 120 km.h-1. Pri rýchlosti v = 160 km.h-1 je tiež aerodynamická sila pôsobiaca na fotovoltaickú sústavu o rad vyššia, než gravitačná sila pôsobiaca na typickú solárnu sústavu
Tok vzduchu však nikdy nepôsobí na fotovoltaickú sústavu kolmo a výslednú silu ovplyvňujú ďalšie sily, ako je aerodynamická unášacia sila. Musia sa brať do úvahy aj okrajové javy. Preto sú teoretické výpočty ťažké a nepresné. Omnoho účinnejšie je vykonať testy v aerodynamickom tuneli a v reálnom prostredí.
Medzinárodná norma ENV 1991-2-4 „Základ návrhov a záťaží konštrukcií, časť 2-4 Záťaže konštrukcií vetrom“ stanovuje odpor konštrukcií proti vetru. Celá oblasť Európy nie je nikdy vystavená vetru s vyššou rýchlosťou než v = 160 km.h-1 pri zemi. Preto bolo zariadenie testované v aerodynamickom tuneli pri tejto rýchlosti vzduchu.
Sily pôsobiace na solárnu sústavu boli do tejto chvíle buď počítané teoreticky, alebo bolo zariadenie podrobené statickému či dynamickému testovaniu simulovanou záťažou. Doteraz sme v literatúre nenašli žiadnu zmienku o testovaní namontovaných solárnych panelov na podstavci v aerodynamickom tuneli.
Testy záťaže vetrom boli vykonané v júni 1998 vo veľkom aerodynamickom tuneli s priemerom 3 metre, ktorý je nainštalovaný v Testovacom stredisku leteckého výskumu v Prahe. Táto inštitúcia má autorizáciu na vykonávanie aerodynamických testov.
Podstavec TRAXLE na dva sledovacie 55W fotovoltaické panely má ochranu proti vetru pomocou automatického uzamknutia prevodovky pri maximálnom točivom momente M = 500 N.m a je navrhnutý tak, že vydrží vo vetre s rýchlosťou vyššou než v = 160km.h-1. Celý solárny systém bol postupne umiestnený do nasledujúcich štyroch polôh vzhľadom na smer vetra: kolmo proti vetru, kolmo po vetre, kolmo zo strany a pod uhlom 45° zozadu. V každej polohe sa rýchlosť vetra pomaly zvyšovala na rýchlosť v = 160km.h-1, a potom sa nechal vietor pôsobiť počas doby t = 3 min.
V priebehu vyššie opísaných testov bolo celé zariadenie veľmi stabilné a vykazovalo minimálne vibrácie. Tok vzduchu v okolí solárnych systémov bol tiež veľmi pokojný. Systémy zostali stabilné i keď sme krátkodobo zvýšili rýchlosť vetra na v = 180 km.h-1 Testy žiadnym spôsobom solárny sledovač nepoškodili, čo usudzujeme zo skutočnosti, že po vykonaných testoch riadne fungoval.
V počiatočnom štádiu sme neboli schopní vykonať testy s nárazovým vetrom, v každom prípade čoskoro plánujeme vykonať testy TRAXLE v aerodynamickom tuneli so simulovaným nárazovým vetrom, kde dosiahneme výslednú silu pôsobiacu na fotovoltaickú sústavu podobnú sile pôsobiacej pri veterných búrkach. Rovnako budú vykonané aj testy na zmenšených modeloch najväčších TRAXLE zariadení, nesúcich až 52 kusov 55W fotovoltaických panelov.
V decembri 1998 bol nainštalovaný 1kW sledovací TRAXLE systém v testovacom stredisku ITER (Tenerife, Kanárske ostrovy) v blízkosti farmy, kde sú veľmi časté silné nárazové vetry. Práve prebieha jednoročné testovanie tohto zariadenia. Sledovací solárny systém na Tenerife je ukázaný vo fotogalérii
Solárne sledovače musia byť navrhované s väčším ohľadom na záťaž vetra, než pevné systémy. Pri pasívnych (freónových) sledovačoch obvykle nie je automatická vlastná ochrana proti nárazovému vetru. Pohonné jednotky aktívnych sledovačov sú často chránené automatickým uzamknutím prevodovky, v každom prípade i pri týchto prevodovkách vždy dochádza k určitým spätným nárazom a mŕtvemu chodu.
Zlý dizajn automatického uzamykania prevodovky môže viesť k jej poškodeniu vplyvom vibrácií spôsobených nárazovým vetrom. Naše praktické pokusy ukazujú, že prevodovky solárnych sledovačov by mali byť navrhované pre danú maximálnu rýchlosť vetra s bezpečnostným faktorom aspoň 3.
Solárny sledovač TRAXLETM vydržal s určitou rezervou sily, ktoré sú spôsobené stabilným vetrom s rýchlosťou v = 160 km.h-1 . Splnil preto medzinárodnú normu ENV 1991-2-4 „Základy návrhov a záťaží konštrukcií, časť 2-4 Záťaže konštrukcií vetrom“. Splnil tiež bezpečnostné kritéria pre montáž vo vonkajšom prostredí.
Pri navrhovaní fotovoltaických sústav, ako stacionárnych, tak hlavne sledovacích, sa dôsledne odporúča starostlivo zmerať na mieste rýchlosti vetra, pretože sila vetra predstavuje najväčšiu silu, ktorá pôsobí na fotovoltaické sústavy.
