يكمن جوهر جهاز التتبع الشمسي الأوتوماتيكي بالكامل في الإدراك الدقيق لموقع الشمس وضبط إعدادات القيادة. سأجمع تطبيقاته في حالات مختلفة، وأشرح مبدأ عمله بالتفصيل من ثلاثة محاور رئيسية: كشف المستشعر، وتحليل نظام التحكم واتخاذ القرارات، وضبط ناقل الحركة الميكانيكي.
يعتمد مبدأ عمل جهاز التتبع الشمسي الآلي بالكامل بشكل أساسي على المراقبة الفورية والتحكم الدقيق في موقع الشمس. ومن خلال التشغيل المنسق لأجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم وأجهزة النقل الميكانيكية، يتم تحقيق التتبع التلقائي للشمس، على النحو التالي:
كشف موقع الشمس: يعتمد جهاز التتبع الشمسي الآلي بالكامل على أجهزة استشعار متعددة لاكتشاف موقع الشمس آنيًا. من بين الطرق الشائعة الجمع بين أجهزة الاستشعار الكهروضوئية وطرق حساب التقويم الفلكي. تتكون أجهزة الاستشعار الكهروضوئية عادةً من خلايا كهروضوئية متعددة موزعة في اتجاهات مختلفة. عند سطوع ضوء الشمس، تختلف شدة الضوء التي تستقبلها كل خلية كهروضوئية. بمقارنة إشارات الخرج من الخلايا الكهروضوئية المختلفة، يمكن تحديد زوايا السمت والارتفاع للشمس. تستند قواعد حساب التقويم الفلكي إلى قوانين دوران الأرض حول الشمس، بالإضافة إلى معلومات مثل التاريخ والوقت والموقع الجغرافي، لحساب الموقع النظري للشمس في السماء من خلال نماذج رياضية مُعدّة مسبقًا. في حالة محطات الطاقة الشمسية واسعة النطاق، توفر أجهزة استشعار موقع الشمس عالية الدقة دعمًا للبيانات لإجراء تعديلات لاحقة من خلال مراقبة زوايا السمت والارتفاع للشمس.
معالجة الإشارات واتخاذ قرارات التحكم: تُنقل إشارة موقع الشمس التي يرصدها المستشعر إلى نظام التحكم، والذي عادةً ما يكون معالجًا دقيقًا مدمجًا أو نظام تحكم حاسوبي. يُحلل نظام التحكم الإشارات ويعالجها، ويقارن الموقع الفعلي للشمس الذي يرصده المستشعر بزاوية التيار الحالية للوحة الكهروضوئية أو جهاز الرصد، ويحسب فرق الزاوية المطلوب تعديله. بعد ذلك، بناءً على استراتيجية وخوارزمية التحكم المُعدّة مسبقًا، تُولّد تعليمات التحكم المقابلة لتشغيل جهاز النقل الميكانيكي لضبط الزاوية. في حالات رصد البحوث العلمية الفلكية، بعد ضبط معلمات الرصد باستخدام برنامج حاسوبي، يُمكن لنظام التحكم تحليل زاوية جهاز الرصد وتحديد كيفية ضبطها تلقائيًا وفقًا للبرنامج المُعدّ مسبقًا.
النقل الميكانيكي وضبط الزاوية: تُنقل التعليمات الصادرة عن نظام التحكم إلى جهاز النقل الميكانيكي. تشمل طرق النقل الميكانيكي الشائعة قضبان الدفع الكهربائية، والمحركات المتدرجة المزودة بتروس أو براغي توصيل، وغيرها. عند استلام التعليمات، يُدير جهاز النقل الميكانيكي دعامة اللوحة الكهروضوئية أو دعامة معدات المراقبة للدوران أو الإمالة حسب الحاجة، مع ضبط اللوحة الكهروضوئية أو معدات المراقبة لتكون عمودية على ضوء الشمس أو بزاوية محددة. على سبيل المثال، في حالة أنظمة الطاقة الكهروضوئية الزراعية في البيوت الزجاجية، يضبط جهاز التتبع الشمسي الأوتوماتيكي أحادي المحور زاوية الألواح الكهروضوئية من خلال أجهزة النقل الميكانيكية وفقًا لتعليمات نظام التحكم، مما يضمن حصول المحاصيل على ضوء كافٍ مع تحقيق استقبال فعال للإشعاع الشمسي.
التغذية الراجعة والتصحيح: لضمان دقة التتبع، يُدخل النظام آلية تغذية راجعة. عادةً ما تُركّب مستشعرات زاوية على أجهزة نقل ميكانيكية لمراقبة الزاوية الفعلية للألواح الكهروضوئية أو معدات المراقبة آنيًا، وإرسال معلومات هذه الزاوية إلى نظام التحكم. يقارن نظام التحكم الزاوية الفعلية بالزاوية المستهدفة. في حال وجود أي انحراف، يُصدر النظام تعليمات تعديل لتصحيح الزاوية وضمان دقة التتبع. من خلال الكشف والحساب والتعديل والتغذية الراجعة المستمرين، يُمكن لجهاز التتبع الشمسي الآلي بالكامل تتبع تغيرات موقع الشمس بدقة وبشكل مستمر.
حالة تحسين كفاءة توليد الطاقة لمحطات الطاقة الشمسية واسعة النطاق
(1) خلفية المشروع
محطة طاقة شمسية أرضية واسعة النطاق في الولايات المتحدة الأمريكية، بقدرة إنتاجية مُركّبة تبلغ 50 ميغاواط. كانت تستخدم في البداية حوامل ثابتة لتركيب الألواح الكهروضوئية. ونظرًا لعدم القدرة على متابعة تغيرات موقع الشمس آنيًا، كانت كمية الإشعاع الشمسي التي تستقبلها الألواح الكهروضوئية محدودة، مما أدى إلى انخفاض كفاءة توليد الطاقة نسبيًا. وكان فقدان الطاقة كبيرًا، لا سيما في الصباح الباكر وأواخر المساء وخلال فترات انتقال الفصول. ولتحسين كفاءة توليد الطاقة في المحطة، قرر مُشغّل المحطة استخدام جهاز تتبع شمسي آلي.
(2) الحلول
استبدلوا حوامل الألواح الكهروضوئية على دفعات داخل محطة الطاقة، وركّبوا أجهزة تتبع شمسية آلية بالكامل ثنائية المحور. يراقب هذا الجهاز زوايا السمت والارتفاع للشمس آنيًا عبر مستشعرات عالية الدقة لموضع الشمس. وبفضل نظام تحكم متطور، يُشغّل الجهاز لضبط زاوية الألواح الكهروضوئية تلقائيًا، مما يضمن تعامدها الدائم مع ضوء الشمس. وفي الوقت نفسه، يتصل جهاز التتبع بنظام الإدارة الذكي لمحطة الطاقة لتحقيق المراقبة عن بُعد والإنذار المبكر بالأعطال.
(3) تأثير التنفيذ
بعد تركيب جهاز التتبع الشمسي الآلي بالكامل، تحسنت كفاءة توليد الطاقة في محطة الطاقة الشمسية بشكل ملحوظ. ووفقًا للإحصاءات، زاد إنتاج الطاقة السنوي بنسبة 25% إلى 30% مقارنةً بالسابق، مع زيادة ملحوظة في متوسط إنتاج الطاقة اليومي. وتزداد ميزة توليد الطاقة بشكل ملحوظ خلال فترات ضعف الإضاءة، كالشتاء والأيام الممطرة. كما ارتفع عائد الاستثمار في محطة الطاقة بشكل ملحوظ، ومن المتوقع استرداد تكلفة تجديد المعدات قبل الموعد المحدد بسنتين إلى ثلاث سنوات.
حالة تحديد المواقع الدقيقة في ملاحظات البحث العلمي الفلكي
(1) خلفية المشروع
عندما كانت إحدى مؤسسات البحوث الفلكية في روسيا تُجري أبحاثًا لرصد الشمس، لم تُلبِّ الضبط اليدوي التقليدي لمعدات الرصد الحاجة إلى تتبع دقيق وطويل الأمد للشمس، مما صعّب الحصول على بيانات شمسية دقيقة ومتواصلة. ولتحسين مستوى البحث والرصد العلمي، قررت المؤسسة استخدام أجهزة تتبع شمسية آلية بالكامل للمساعدة في الرصد.
(2) الحلول
تم اختيار جهاز تتبع شمسي عالي الدقة، أوتوماتيكي بالكامل، مصمم خصيصًا للبحث العلمي. تصل دقة تحديد موقع هذا الجهاز إلى 0.1 درجة، ويتميز بثبات عالٍ وقدرة عالية على مقاومة التداخل. يتصل الجهاز بدقة ويُعاير بدقة بمعدات رصد بحثية علمية، مثل التلسكوبات الشمسية وأجهزة قياس الطيف. تُضبط معلمات الرصد من خلال برنامج حاسوبي، مما يُمكّن الجهاز من ضبط زاوية معدات الرصد تلقائيًا وفقًا للبرنامج المُعدّ مسبقًا، وتتبع مسار الشمس آنيًا.
(3) تأثير التنفيذ
بعد تشغيل جهاز التتبع الشمسي الآلي بالكامل، أصبح بإمكان الباحثين بسهولة تحقيق تتبع ومراقبة طويلة الأمد وعالية الدقة للشمس. وقد تحسنت استمرارية ودقة بيانات الرصد بشكل ملحوظ، مما قلل بشكل فعال من فقدان البيانات والأخطاء الناتجة عن عدم ضبط المعدات في الوقت المناسب. وبفضل هذا الجهاز، نجح فريق البحث في الحصول على بيانات أكثر وفرة عن النشاط الشمسي، وحقق العديد من النتائج البحثية المهمة في مجالات مثل أبحاث البقع الشمسية ورصد الهالة الشمسية.
حالة تحسين التعاون في أنظمة الطاقة الكهروضوئية في البيوت الزجاجية الزراعية
(1) خلفية المشروع
في بيت زجاجي زراعي متكامل يعمل بالطاقة الكهروضوئية في البرازيل، تُركّب الألواح الكهروضوئية بشكل ثابت. وبينما تُلبّي هذه الألواح احتياجات المحاصيل من الطاقة الشمسية داخل البيت الزجاجي، لا يُمكنها الاستفادة الكاملة من الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة. ولتحقيق التحسين المُنسّق للإنتاج الزراعي وتوليد الطاقة الكهروضوئية، وزيادة الدخل الإجمالي للبيوت الزجاجية، قرر المُشغّل تركيب أجهزة تتبّع شمسي آلية بالكامل.
(2) الحلول
ركّب جهاز تتبع شمسي أوتوماتيكي بالكامل أحادي المحور. يضبط هذا الجهاز زاوية الألواح الكهروضوئية وفقًا لموقع الشمس. لضمان مدة وكثافة ضوء الشمس للمحاصيل داخل الدفيئة، يمكنه استقبال أقصى قدر من الإشعاع الشمسي. من خلال نظام التحكم الذكي، يمكن ضبط نطاق ضبط زاوية الألواح الكهروضوئية لمنع حجب ضوء الشمس الزائد عن الألواح الكهروضوئية من التأثير على نمو المحاصيل. في الوقت نفسه، يرتبط جهاز التتبع بنظام مراقبة البيئة في الدفيئة لضبط زاوية الألواح الكهروضوئية آنيًا وفقًا لاحتياجات نمو المحاصيل.
(3) تأثير التنفيذ
بعد تركيب جهاز التتبع الشمسي الآلي بالكامل، ازداد توليد الطاقة الكهروضوئية في الصوب الزراعية بنسبة 20% تقريبًا، مما حقق كفاءة في استخدام موارد الطاقة الشمسية دون التأثير على النمو الطبيعي للمحاصيل. تنمو المحاصيل في الصوب الزراعية بشكل جيد بفضل ظروف الإضاءة الأكثر تناسقًا، كما تحسن المحصول والجودة. ويُعدّ التكامل بين الزراعة وصناعة الطاقة الكهروضوئية ملحوظًا، حيث ارتفع إجمالي دخل الصوب الزراعية بنسبة 15% إلى 20% مقارنةً بالسابق.
توضح الحالات المذكورة أعلاه إنجازات تطبيقات أجهزة التتبع الشمسي الآلية بالكامل في مجالات مختلفة. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن حالات محددة أو لديك أي توجيهات لتعديل المحتوى، فلا تتردد في إخباري في أي وقت.
يرجى الاتصال بشركة Honde Technology المحدودة.
هاتف: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
موقع الشركة:www.hondetechco.com
وقت النشر: ١٨ يونيو ٢٠٢٥