به گزارش تجارت نیوز، انرژی خورشیدی در سالهای اخیر به یکی از مهمترین منابع تولید برق پاک در جهان تبدیل شده است، اما این فناوری همچنان با چالشهایی مانند کاهش راندمان در ساعات ابتدایی و پایانی روز، افت عملکرد در زمستان و آسیبپذیری در برابر پدیدههای جوی شدید روبهرو است. اکنون گروهی از محققان دانشگاه فنی گراتس اتریش راهکاری نوآورانه ارائه کردهاند که میتواند بسیاری از این مشکلات را برطرف کند. آنها سامانهای به نام FLAPTrack توسعه دادهاند که نهتنها بهطور مداوم موقعیت خورشید را دنبال میکند، بلکه در زمان وقوع شرایط نامساعد جوی نیز بهصورت خودکار پنلهای خورشیدی را جمع میکند تا از آنها در برابر آسیب محافظت شود. این فناوری میتواند نسل تازهای از نیروگاههای خورشیدی هوشمند و مقاوم را وارد بازار کند.
فناوری FLAPTrack؛ ترکیب هوشمندی، ایمنی و افزایش تولید انرژی
سامانه جدید که توسط مؤسسه اندازهگیری الکتریکی و فناوری حسگر دانشگاه فنی گراتس اتریش طراحی شده، با نام FLAPTrack شناخته میشود که مفهوم آن «محافظت در برابر آسیب از طریق تا شدن رو در رو» است.
محققان برای اثبات عملکرد این فناوری، یک نمونه اولیه با ظرفیت ۱.۸ کیلووات ساعت را روی پشتبام یکی از ساختمانهای اداری محوطه دانشگاه فنی گراتس در منطقه اینفلدگاسه نصب کردهاند. این نمونه آزمایشی هماکنون در شرایط واقعی مشغول فعالیت است و دادههای مربوط به عملکرد، مقاومت در برابر باد و تأثیر شرایط مختلف آبوهوایی را ثبت میکند.
هدف اصلی این پروژه، ارائه راهکاری است که علاوه بر افزایش تولید برق، دوام و طول عمر تجهیزات خورشیدی را نیز به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
ردیابی دو محوره؛ راز افزایش چشمگیر راندمان
یکی از مهمترین ویژگیهای سامانه FLAPTrack استفاده از سیستم ردیابی دو محوره است. پنلهای خورشیدی زمانی بیشترین میزان برق را تولید میکنند که نور خورشید با زاویه ۹۰ درجه به سطح آنها برخورد کند. در سیستمهای ثابت، زاویه تابش در بیشتر ساعات روز تغییر میکند و بخشی از نور خورشید منعکس یا پراکنده میشود؛ موضوعی که باعث کاهش راندمان تولید برق خواهد شد.
محققان اتریشی برای رفع این مشکل از یک محرک خطی ثبت اختراعشده استفاده کردهاند که امکان حرکت پنلها را هم در محور افقی و هم در محور عمودی فراهم میکند. این سامانه بهطور پیوسته مسیر حرکت خورشید را دنبال میکند تا پنلها در تمام ساعات روز در بهترین زاویه ممکن قرار داشته باشند.
در طراحی این سیستم، یک تسمه که در امتداد یک راهنمای دایرهای حرکت میکند، وظیفه تنظیم موقعیت افقی پنلها را بر عهده دارد و محرک عمودی نیز زاویه شیب آنها را تغییر میدهد. نکته قابل توجه این است که همین مجموعه مکانیکی علاوه بر ردیابی خورشید، وظیفه اجرای مکانیزم تا شدن محافظتی پنلها را نیز انجام میدهد. ترکیب این دو عملکرد در یک مجموعه واحد، هزینه نصب، نگهداری و بهرهبرداری را کاهش داده و بهرهوری اقتصادی سیستم را افزایش میدهد.
افزایش تولید برق تا ۴۰ درصد و ثبت رکورد ۵۶ درصدی
نتایج آزمایشهای اولیه نشان میدهد سامانه FLAPTrack در مقایسه با پنلهای خورشیدی ثابت، بهطور متوسط نزدیک به ۴۰ درصد انرژی بیشتری تولید میکند.
در شرایط بسیار مطلوب و روزهایی که تابش خورشید ایدهآل است، این میزان افزایش تولید حتی به ۵۶ درصد نیز میرسد؛ رقمی که میتواند تأثیر چشمگیری بر بازگشت سرمایه نیروگاههای خورشیدی داشته باشد.
آرمین بوخرویتنر، از اعضای تیم تحقیقاتی، میگوید این فناوری بهویژه در ساعات ابتدایی صبح و هنگام غروب که مصرف برق در شبکه افزایش پیدا میکند، عملکرد بسیار بهتری نسبت به سامانههای رایج دارد.
به گفته او، FLAPTrack با دنبال کردن دقیق موقعیت خورشید در این ساعات، بیش از دو برابر پنلهای خورشیدی سنتی برق تولید میکند و همین موضوع میتواند فشار وارد بر شبکه برق را در ساعات اوج مصرف کاهش دهد.
عملکرد بهتر در زمستان و مناطق سردسیر
یکی دیگر از مزایای مهم این فناوری، عملکرد بسیار مطلوب آن در فصل زمستان و عرضهای جغرافیایی بالاتر است؛ مناطقی که خورشید در ارتفاع پایینتری نسبت به افق قرار دارد و پنلهای ثابت معمولاً بازده کمتری دارند.
از آنجا که سامانه FLAPTrack بهطور مداوم زاویه پنلها را تنظیم میکند، حتی در این شرایط نیز بیشترین میزان تابش خورشید را دریافت میکند. علاوه بر این، مکانیزم تا شدن پنلها باعث میشود برف روی سطح آنها باقی نماند و از تشکیل لایههای ضخیم برف که معمولاً باعث افت شدید راندمان نیروگاههای خورشیدی میشوند، جلوگیری شود. این ویژگی میتواند عملکرد سامانه را در ماههای سرد سال به میزان قابل توجهی بهبود دهد.
دفاع هوشمند در برابر تگرگ، بادهای شدید و طوفان
افزایش وقوع پدیدههای جوی شدید در سالهای اخیر، محافظت از تجهیزات خورشیدی را به یکی از دغدغههای اصلی صنعت انرژی تبدیل کرده است.
پنلهای خورشیدی معمولی پس از نصب، بهصورت ثابت در فضای باز قرار میگیرند و در برابر تگرگ، بادهای شدید و طوفانها تقریباً هیچ واکنشی از خود نشان نمیدهند. در چنین شرایطی، برخورد تگرگهای بزرگ یا وزش بادهای شدید میتواند موجب شکستن پنلها، جدا شدن آنها از سازه و وارد آمدن خسارتهای سنگین شود.
اما سامانه FLAPTrack رویکرد متفاوتی را در پیش گرفته است. این فناوری به ایستگاههای هواشناسی محلی و مدلهای پیشبینی منطقهای متصل میشود و پیش از رسیدن شرایط نامساعد، هشدارهای لازم را دریافت میکند. به محض تشخیص خطر وقوع طوفان، تگرگ یا بارش سنگین برف، سیستم بهصورت کاملاً خودکار پنلها را به حالت «رو در رو» تا کرده و آنها را تقریباً بهصورت افقی روی سطح قرار میدهد. این وضعیت باعث کاهش چشمگیر مقاومت در برابر باد شده و احتمال آسیب دیدن سازه را به حداقل میرساند.
همچنین قرار گرفتن پنلها روی یکدیگر از برخورد مستقیم تگرگ با سطح سلولهای خورشیدی جلوگیری میکند و مانع ایجاد ترک در ویفرهای سیلیکونی داخلی میشود. چنین ترکهایی معمولاً باعث ایجاد پدیدهای به نام نقاط داغ (Hot Spots) میشوند که یکی از عوامل اصلی کاهش راندمان و کوتاه شدن عمر پنلهای خورشیدی به شمار میرود.
برای افزایش حفاظت، محققان از یک توری محافظ ارزانقیمت و مقاوم در قسمت پشتی پنلها استفاده کردهاند که علاوه بر جلوگیری از آسیبهای فیزیکی، مانع تجمع برف و ایجاد سایه روی آرایههای خورشیدی نیز میشود.
نمونه اولیه در حال آزمایش است
در حال حاضر نمونه اولیه این فناوری با ظرفیت ۱.۸ کیلووات ساعت روی پشتبام دانشگاه فنی گراتس نصب شده و بهطور مداوم اطلاعات مربوط به عملکرد سیستم، مقاومت در برابر باد، شرایط آبوهوایی و میزان تولید انرژی را ثبت میکند.
اگرچه این پروژه هنوز در مرحله آزمایشی قرار دارد، اما هدف آن بسیار فراتر از یک نمونه تحقیقاتی است. پژوهشگران امیدوارند نتایج این آزمایشها نشان دهد که نیروگاههای خورشیدی آینده باید علاوه بر تولید انرژی بیشتر، توانایی سازگاری با شرایط متغیر آبوهوایی و تغییرات تقاضای شبکه برق را نیز داشته باشند.
فناوری FLAPTrack را میتوان یکی از نوآورانهترین پیشرفتهای سالهای اخیر در صنعت انرژی خورشیدی دانست. این سامانه با بهرهگیری از ردیابی دو محوره خورشید، استفاده از یک محرک خطی ثبت اختراعشده و مکانیزم تا شدن خودکار، نهتنها راندمان تولید برق را بهطور متوسط حدود ۴۰ درصد افزایش میدهد، بلکه در بهترین شرایط این افزایش را به ۵۶ درصد میرساند. از سوی دیگر، قابلیت جمع شدن خودکار هنگام وقوع طوفان، تگرگ و بارش سنگین برف، خطر آسیبدیدگی تجهیزات را به حداقل میرساند و عمر مفید پنلها را افزایش میدهد. با توجه به افزایش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و رشد پدیدههای جوی شدید، چنین فناوریهایی میتوانند نقش مهمی در آینده نیروگاههای خورشیدی هوشمند و توسعه پایدار انرژی در سراسر جهان ایفا کنند.
