Sluneční kolektory jsou téměř vždy připevněny ke stojanům pevným nebo otočným. Sluneční kolektor připevněný k otočnému stojanu schopnému sledovat pohyb Slunce po obloze a natáčet kolektor stále kolmo ke slunečnímu záření, může získat až o 40% více energie oproti kolektoru stacionárnímu.
Zcela nová mimořádně jednoduchá konstrukce nového sledovače Slunce patentovaná v ČR a v dalšich průmyslových zemích pracuje s pomocnými solárními panely připojenými přimo k pohonnému elektromotoru. Na obr.1 se zařízení pro orientaci kolektoru solární energie skládá ze slunečního článku a pomocného slunečního článku, které jsou zapojeny antiparalelně (viz obr.4), jsou rovnoběžné a mají přibližně stejné parametry. Články jsou připojeny k reverzibilnímu stejnosměrnému motoru, který je umístěn v duté rotační ose zařízení a je opatřen samosvorným převodem. Sluneční članky jsou připevněny k rotačníi ose zařízení, přičemž jejich rovina je odchýlena od roviny kolmé ke kolektorům solární energie a rovnoběžné s rotační osou zařízení o úhel cca. 20° k východu. Funkce zařízení s touto konfigurací je následující. Před východem Slunce je zařízení orientováno k západu (obr.1), tedy v poloze, ve které ukončilo činnost odpoledne předchozího dne (obr.3). Po východu Slunce dopadá sluneční záření na pomocný sluneční článek připojený k motoru. Motor napájený pomocným slunečním článkem otáčí zařízení za Sluncem k východu, dokud se úhel b slunečních paprsků dopadajících na pomocný sluneční článek nezmenší natolik, že síla motoru napájeného pomocným slunečním článkem poklesne pod prahovou sílu potřebnou pro orientaci zařízení. Zařízení využívá záporné zpětné vazby. Zařízení je poté orientováno přibližně k východu (obr.2). Slunce postoupí na obloze o úhel 2b směrem k západu (obr.2). V tomto úhlu kolektory solární energie nesledují Slunce, neboť síla motoru je menší než síla potřebná k jejich orientaci. Při dalším postupu směrem k západu dopadá sluneční záření na sluneční článek připojený k motoru. Motor napájený slunečním článkem otáčí zařízení k západu za Sluncem, dokud se úhel b slunečních paprsků dopadajících na sluneční článek nezmenší natolik, že síla motoru napájeného slunečním článkem poklesne pod prahovou sílu potřebnou pro orientaci kolektoru. Obr.2 ukazuje, že sluneční članky jsou v celém rozsahu sledování a v obou směrech vždy v dosahu slunečního záření (pro případ že by během dne bylo delší dobu zataženo).
Nový otočný stojan solárních kolektorů velikosti 2m2 (sledovač Slunce) z hliníkové slitiny je díky jednoduché konstrukci cca. 2x levnější 13.000 Kč (390 USD) než konkurenční výrobky stejné velikosti (735 USD). Nové stojany se běžně vyrábějí ve velikostech 1-25m2 při cenách 9,000-4,000 Kč/m2 (podle velikosti a množství).
Použití pomocných solárních panelů připojených přímo k pohonnému elektromotoru (bez elektroniky) výrazně zvyšuje spolehlivost zařízení a použití samosvorného převodu pohonu omezuje vliv větru na funkci nového přístroje. Nový otočný stojan z hliníkové slitiny velikosti 2m2 váží pouze 7 kg. Nízká hmotnost snižuje dopravní náklady a usnadňuje manipulaci při montáži přístroje.
Nový otočný stojan má tedy celkově výrazně nižší výrobní náklady, jednodušší a kompaktnější konstrukci a vyšší účinnost než stávající zařízení pro orientaci plochých kolektorů solární energie a kolektoru s nízkou koncentrací záření a umožňuje včasnou ranní reorientaci těchto kolektorů.
Schéma činnosti - klikni zde
Animace v reálu - klikni zde
* cena cca 9,000 Kc/m2 podle velikosti a množství (2x nižší)
* nová konstrukce zlepšuje funkci výrobku při nízkých teplotách až do -30°C
* samosvorný převod chrání pohon proti poryvům větru.
* nepotřebuje vnější zdroj energie (jako elektronické sledovače)
* běžná velikost stojanu až do 25m2 (3kW)
* díky nižší hmotnosti (3-6x) jednodušší manipulace a montáž
* výrazně nižší dopravní náklady
* mimořádně jednoduchá konstrukce je spolehlivá (nehrozí úniky freonu ani poruchy složité elektroniky)
* až o 40% větší celoroční zisk energie
* dodávají rovnoměrně plný výkon od rána do večera (ne pouze okolo poledne)
* až o 80% větší čerpací kapacita při pohonu čerpadel
* nižší usazování nečistot (které snižují účinnost fotovoltaických panelů) na otočných konstrukcích.
Nedostatky stávajících zařízení jsou odstraněny u patentovaného zařízení naší konstrukce pro orientaci kolektorů solární energie, které je připevněno k rotační ose zařízení. Podstata spočívá v tom, že panel se solárními články pro přeměnu solární energie na energii elektrickou je připevněn k rotační ose zařízení, jeho rovina je od roviny kolmé ke kolektorům solární energie a rovnoběžné s rotační osou zařízení odchýlena o určitý úhel (cca 20°) k východu a je připojen k elektromotoru spojenému s rotační osou zařízení (viz obr.2). Uhel b by měl být právě takový, aby při dopadu slunečního záření pod menším úhlem byla síla motoru menší než síla potřebná pro orientaci zařízení, ale při dopadu slunečního záření pod větším úhlem aby byla síla motoru větší než síla potřebná pro orientaci zařízení.
Při pohybu Slunce po obloze od východu k západu dochází k zvětšování úhlu, pod kterým sluneční záření dopadá na sluneční članky. Současně roste výkon slunečních članků připojených k motoru až do okamžiku, kdy je síla motoru napájeného slunečními články větší než síla potřebná pro orientaci kolektorů solární energie. V tom okamžiku začne motor otáčet kolektory solární energie a sluneční články směrem k východu. Úhel, pod kterým sluneční záření dopadá na sluneční články, se začne zmenšovat až do okamžiku, kdy je síla motoru napájeného slunečními články menší než prahová síla potřebná pro orientaci kolektorů solární energie. V zařízení působí výkon slunečních článků připojených k motoru proti mechanickému odporu v konstrukci zařízení a proti odporu prostředí.
Při převažujícím přímém slunečním záření je přesnost sledování Slunce potřebná pro zachycení maximálního množství sluneční energie cca. +10°. Při převažujícím difúzním slunečním záření je přesnost sledování Slunce potřebná pro zachycení maximálního množství sluneční energie cca. +30°. V limitním případě při zatažené obloze a při výhradně difúzním slunečním záření není sledování Slunce potřebné. Využití cirkumsolární difúzní složky slunečního záření pro sledování Slunce umožňuje zachytit maximální množství sluneční energie při optimální ale ne maximální přesnosti sledování Slunce.
Uložení elektromotoru do duté rotační osy zařízení zjednodušuje montáž a je kompaktnější než současné uspořádání s lineárními elektrickými pohony. Motor je opatřen samosvorným převodem, který chrání zařízení před poškozením vnějšími silami, například poryvy větru. Připojení elektromotoru přímo ke slunečním článkům bez dalších elektronických obvodů zvyšuje spolehlivost zařízení. Schéma zapojení je na obr.4.
Přesnost sledování Slunce našeho nového sledovače cca. + 10° umožňuje u plochých kolektorů a kolektorů s malou koncentrací záření zachytit prakticky stejné množství solární energie jako při použití podstatně nákladnějších elektronických sledovačů s přesností sledování + 0,1°, které jsou určeny pro kolektory s vysokou koncentrací záření. Rozsah automatického natáčení kolektorů slunečního záření je cca. 150°-2b . Rozsah automatického natáčení kolektorů větší než +60° se na zisku energie již prakticky neprojeví a nemá tedy téměř žádný význam.
Instrukce pro instalaci a údržbu (doc) - Tento soubor ve WORD 97 je možno "uložit jako" a vytisknout.
Kontrolní formulář (xls) - Tento soubor v EXCEL 97 je možno "uložit jako" a vytisknout.
Literatura:
[1] Poulek, M. Libra, Zařízení pro orientaci kolektorů solární energie, Jemná mechanika a optika, 42, 11-12, (1997), 354-357
[2] M. Libra, V. Poulek, Energie slunečního záření - naděje příštích generací?, Světlo, 1, 4, (1998), 15-17
[3] M. Libra, V. Poulek, Životnostní zkoušky pohyblivého, fotovoltaického, solárního systému nové konstrukce, Jemná mechanika a optika, 44, 4, (1999), 119-120, ISSN 0447-6441
[4] V. Poulek, M. Libra, Solární fotovoltaický systém s vysokou účinností, Elektro, 5, 8-9, (2002), 72-75, ISSN 1210-0889