Princip pohyblivého stojanu, který udržuje solární panely po celý den v poloze kolmé ke slunečnímu záření je popsán na stránce "Sledovače slunce". Použití takového stojanu výrazně zvýší množství vyrobené energie. Další navýšení vyrobené energie můžeme dosáhnout pomocí koncentrátorů slunečního záření. Existující koncentrátory však měly určité nevýhody, které odstranila nová konfigurace celého solárního systému.
Nový systém kombinuje relativně levný sledovač Slunce TRAXLE s přídavnými zrcadly, ale narozdíl od V-žlabového koncentrátoru jsou u hřebenového koncentrátoru zcela eliminována vnější zrcadla (obr.1,2). Vnitřní „hřeben“ tvoří mírný (cca C=1,6) koncentrátor záření. U jednoosých sledovačů s horizontální i polární osou by mělo být zrcadlo na krajích prodlouženo za fotovoltaické panely, aby bylo zajištěno homogenní osvětlení solárních panelů i při sezónních změnách úhlu mezi horizontální rovinou a rovinou pohybu Slunce po obloze. Toto trojúhelníkové prodloužení na obou krajích je znázorněno na obr.1. U sledovačů Slunce s polární osou a s nastavitelným sklonem osy podle ročního období není prodloužené zrcadlo nutné. Obr.2 ukazuje příčný řez solárním fotovoltaickým systémem s hřebenovým koncentrátoram záření.
Obr.1 Nová konfigurace solárního systému TRAXLE s hřebenovým koncentrátorem záření
Obr.2 Příčný řez solárním fotovoltaickým systémem s hřebenovým koncentrátoram záření
Je výhodou, že mírné koncentrátory pro fotovoltaické aplikace nevyžadují vysoce speciální a drahá zrcadla. Zrcadla však musí odolávat povětrnostním vlivům nejméně deset let a musí mít vysokou celkovou odrazivost pro fotony v intervalu vlnových délek cca l=300-1100nm.
Zrcadlo může být zhotoveno:
a) z válcovaného plechu z nerezavějící oceli se speciální povrchovou úpravou
b) z válcovaného hliníkového plechu chráněného proti povětrnostním vlivům polymerní vrstvou (PVF)
c) ze stříbrem pokryté akrylátové fólie
d) z hliníkem pokryté akrylátové fólie
Materiál b) by mohl vyznít nejlépe při vzájemném porovnání odrazivosti a ceny. Místo PVF laku může být hliníkové zrcadlo chráněno průhlednou, samolepicí fólií PVF. Výroba samonosného, ohnutého, plechového zrcadla je velmi jednoduchá.
Nový, pohyblivý, mírný koncentrátor je velmi kompaktní, jednoduchý a spolehlivý. Byl úspěšně vyzkoušen na existujících pohyblivých stojanech. Na rozdíl od V-žlabových koncentrátorů není nutný žádný další podpůrný systém zrcadel. Proto momenty sil působené větrem jsou výrazně redukovány.
Nový, hřebenový koncentrátor je běžně dostupný. Standardní verze pohyblivého, hřebenového koncentrátoru se může přizpůsobit od dvou malých fotovoltaických panelů (50W) až do deseti velkých fotovoltaických panelů (120W). Takový velký, pohyblivý, fotovoltaický systém je v podmínkách suchého, slunečného podnebí ekvivalentní pevnému systému s dvaceti fotovoltaickými panely (120W). Aplikace hřebenového koncentrátoru na různé pohyblivé systémy je také velmi jednoduchá. Může být použit u jednoosých sledovačů s vodorovnou i polární osou, u dvouosých sledovačů, stejně jako u sledovačů otočných o 360° pro aplikace ve vesmíru či za polárním kruhem.
Koncentrační poměr (cca C=1,6) redukuje teplotu solárních panelů oproti koncentrátorům s vyšší koncentrací záření, čímž je i účinnost fotovoltaické přeměny vyšší. Předchází se rovněž degradaci zapouzdření panelů. Nové uspořádání umožňuje rovněž lepší proudění vzduchu kolem kolektoru v porovnání s uspořádáním s V-žlabem. Tak je dosaženo i účinnějšího chlazení. Koncentrační poměr (cca C=2,4) u standardních V-žlabových koncentrátorů způsobuje hnědnutí EVA zapouzdření a snížení účinnosti fotovoltaické přeměny energie v důsledku vyšší teploty panelů.
Nový pohyblivý hřebenový koncentrátor namontovaný na pohyblivý stojan může zdvojnásobit každoroční množství vyrobené energie v porovnání s konfigurací, ve které jsou solární panely namontovány na pevné stojany. Navýšení 100% je možné v podmínkách suchého, slunečného podnebí (např. severní Afrika, Arábie, Arizona, západní Austrálie a pod.), navýšení 70% je možné v podmínkách střední Evropy. Navýšení čerpací kapacity může dosáhnout až 150%.
Roční porovnání výroby energie mezi pevnými fotovoltaickými panely a panely montovanými na pohyblivý stojan s polární osou a s hřebenovým koncentrátorem bylo prováděno poblíž Prahy (50° severní šířky). Výsledky ukazují, že za jasného, červencového dne (6,8 kWh/m2.den) bylo naměřeno navýšení množství vyrobené energie 107%. Fotografie takového solárního systému je na stránce "Obrázková galerie".
Literatura:
[1] V. Poulek, M. Libra, New Solar Tracker, Solar Energy Materials & Solar Cells 51 (1998), 113-120.
[2] F.H.Klotz, PV systems with V-trough concentration and passive tracking concept and economic potential in Europe, Proc.13th European PV Solar Energy Conference, Nice 23-27 October 1995, pp.1060-1063.
[3] S. Nann, Potentials for tracking photovoltaic systems and V-troughs in moderate climates, Solar Energy 45, (1991) 385-393.
[4] P. Nostell, A. Roos, B. Karlsson, Ageing of solar booster reflector materials, Solar Energy Materials & Solar Cells 54 (1998), 235-246.
[5] B. Perers, B. Karlsson, M. Bergkvist, Intensity Distribution in the Plane From Structured Booster Reflectors With Rolling Grooves and Corrugations, Solar Energy 53, (1994) 215-226.
[6] P. Schissel, G. Jorgensen, C.Kennedy, R. Goggin, Silvered PMMA reflectors, Solar Energy Materials & Solar Cells 33 (1994), 183-197.
[7] V. Poulek, M. Libra, A Very Simple Solar Tracker for Space and Terrestrial Applications, Solar Energy Materials & Solar Cells, 60, (2000), 99-103.
[8] V. Poulek, M. Libra, A New Low Cost Tracking Ridge Concentrator, Solar Energy Materials and Solar Cells, 61, 2, (2000), 199-202.
[9] V. Poulek, M. Libra, Nový, levný, pohyblivý, hřebenový koncentrátor záření, Jemná mechanika a optika, 44, 9, (1999), 282-283, ISSN 0447-6441
[10] V. Poulek, M. Libra, Solární fotovoltaický systém s vysokou účinností, Elektro, 5, 8-9, (2002), 72-75, ISSN 1210-0889