O princípio fundamental de um rastreador solar totalmente automático reside na percepção precisa da posição do sol e nos ajustes necessários para o seu funcionamento. Abordarei diferentes aplicações e detalharei seu princípio de funcionamento a partir de três pontos-chave: detecção por sensores, análise e tomada de decisão do sistema de controle e ajuste da transmissão mecânica.
O princípio de funcionamento do rastreador solar totalmente automático baseia-se principalmente no monitoramento em tempo real e no controle preciso da posição do sol. Através da operação coordenada de sensores, sistemas de controle e dispositivos de transmissão mecânica, ele realiza o rastreamento automático do sol, conforme descrito a seguir:
Detecção da posição solar: O rastreador solar totalmente automático utiliza múltiplos sensores para detectar a posição do sol em tempo real. Os mais comuns incluem a combinação de sensores fotoelétricos e métodos de cálculo do calendário astronômico. Os sensores fotoelétricos geralmente são compostos por múltiplas células fotovoltaicas distribuídas em diferentes direções. Quando a luz solar incide sobre o sol, a intensidade da luz recebida por cada célula fotovoltaica é diferente. Comparando os sinais de saída das diferentes células fotovoltaicas, é possível determinar os ângulos de azimute e altitude do sol. As regras de cálculo do calendário astronômico baseiam-se nas leis da revolução e rotação da Terra em torno do Sol, combinadas com informações como data, hora e localização geográfica, para calcular a posição teórica do Sol no céu por meio de modelos matemáticos predefinidos. No caso de usinas solares de grande escala, sensores de posição solar de alta precisão fornecem dados de suporte para ajustes subsequentes, monitorando os ângulos de azimute e altitude do sol.
Processamento de sinal e tomada de decisão de controle: O sinal de posição solar detectado pelo sensor é transmitido para o sistema de controle, que geralmente é um microprocessador embutido ou um sistema de controle computadorizado. O sistema de controle analisa e processa os sinais, compara a posição real do sol detectada pelo sensor com o ângulo atual do painel fotovoltaico ou do equipamento de observação e calcula a diferença angular que precisa ser ajustada. Em seguida, com base na estratégia e no algoritmo de controle predefinidos, são geradas instruções de controle correspondentes para acionar o dispositivo de transmissão mecânica para o ajuste do ângulo. Em casos de observação de pesquisa científica astronômica, após a configuração dos parâmetros de observação por meio de software, o sistema de controle pode analisar e decidir automaticamente como ajustar o ângulo do equipamento de observação de acordo com o programa predefinido.
Transmissão mecânica e ajuste de ângulo: As instruções emitidas pelo sistema de controle são transmitidas ao dispositivo de transmissão mecânica. Os métodos comuns de transmissão mecânica incluem hastes de acionamento elétricas, motores de passo combinados com engrenagens ou fusos de esferas, etc. Ao receber a instrução, o dispositivo de transmissão mecânica aciona o suporte do painel fotovoltaico ou o suporte do equipamento de observação para girar ou inclinar conforme necessário, ajustando o painel fotovoltaico ou o equipamento de observação para ficar perpendicular ou em um ângulo específico em relação à luz solar. Por exemplo, no caso de sistemas fotovoltaicos para estufas agrícolas, o rastreador solar automático de eixo único ajusta o ângulo dos painéis fotovoltaicos por meio de dispositivos de transmissão mecânica de acordo com as instruções do sistema de controle, garantindo que as plantações recebam luz suficiente e, ao mesmo tempo, obtendo uma recepção eficiente da radiação solar.
Feedback e Correção: Para garantir a precisão do rastreamento, o sistema também contará com um mecanismo de feedback. Sensores de ângulo são geralmente instalados em dispositivos de transmissão mecânica para monitorar o ângulo real dos painéis fotovoltaicos ou equipamentos de observação em tempo real e enviar essa informação de ângulo para o sistema de controle. O sistema de controle compara o ângulo real com o ângulo alvo. Se houver um desvio, ele emitirá uma nova instrução de ajuste para corrigir o ângulo e garantir a precisão do rastreamento. Através da detecção, cálculo, ajuste e feedback contínuos, o rastreador solar totalmente automático pode rastrear de forma contínua e precisa as mudanças na posição do sol.
Um estudo de caso sobre como melhorar a eficiência da geração de energia em usinas solares de grande escala.
(1) Contexto do Projeto
Uma usina solar fotovoltaica de grande escala, instalada no solo nos Estados Unidos, possui uma capacidade instalada de 50 megawatts. Originalmente, utilizava suportes fixos para a instalação dos painéis fotovoltaicos. Devido à impossibilidade de acompanhar as mudanças na posição do sol em tempo real, a quantidade de radiação solar recebida pelos painéis era limitada, resultando em uma eficiência de geração de energia relativamente baixa. Principalmente no início da manhã, no final da tarde e durante a transição entre as estações do ano, a perda de geração de energia era significativa. Para aumentar a eficiência da geração de energia da usina, o operador decidiu introduzir um rastreador solar automático.
(2) Soluções
Substituir em lotes os suportes dos painéis fotovoltaicos na central elétrica e instalar rastreadores solares automáticos de dois eixos. Este rastreador monitora os ângulos de azimute e altitude do sol em tempo real através de sensores de posição solar de alta precisão. Combinado com um sistema de controle avançado, ele aciona o suporte para ajustar automaticamente o ângulo dos painéis fotovoltaicos, garantindo que os painéis estejam sempre perpendiculares à luz solar. Além disso, o rastreador está conectado ao sistema de gestão inteligente da central elétrica para permitir o monitoramento remoto e o alerta precoce de falhas.
(3) Efeito de implementação
Após a instalação do rastreador solar totalmente automático, a eficiência de geração de energia da usina solar melhorou significativamente. Segundo as estatísticas, a geração anual de energia aumentou de 25% a 30% em comparação com o período anterior, com um aumento significativo na geração média diária. Durante períodos de baixa luminosidade, como no inverno e em dias chuvosos, a vantagem na geração de energia é ainda mais evidente. O retorno sobre o investimento da usina aumentou significativamente e espera-se que o custo da renovação dos equipamentos seja recuperado de 2 a 3 anos antes do previsto.
Um caso de posicionamento preciso em observações de pesquisa científica astronômica.
(1) Contexto do Projeto
Quando uma instituição de pesquisa astronômica na Rússia realizava pesquisas de observação solar, o ajuste manual tradicional dos equipamentos de observação não atendia à demanda por rastreamento e observação solar de alta precisão e longo prazo, dificultando a obtenção de dados solares contínuos e precisos. Para aprimorar o nível da pesquisa e observação científica, a instituição decidiu utilizar rastreadores solares totalmente automáticos para auxiliar nas observações.
(2) Soluções
Foi selecionado um rastreador solar totalmente automático de alta precisão, especialmente projetado para pesquisa científica. A precisão de posicionamento deste rastreador pode atingir 0,1° e ele possui alta estabilidade e capacidade anti-interferência. O rastreador é conectado rigidamente e calibrado com precisão a equipamentos de observação científica, como telescópios solares e espectrômetros. Os parâmetros de observação são definidos por meio de software, permitindo que o rastreador ajuste automaticamente o ângulo do equipamento de observação de acordo com o programa predefinido e acompanhe a trajetória do sol em tempo real.
(3) Efeito de implementação
Após a implementação do rastreador solar totalmente automático, os pesquisadores podem facilmente realizar o rastreamento e a observação do Sol em longo prazo e com alta precisão. A continuidade e a precisão dos dados de observação foram significativamente aprimoradas, reduzindo efetivamente a perda de dados e os erros causados por ajustes inoportunos do equipamento. Com o auxílio desse rastreador, a equipe de pesquisa obteve com sucesso dados mais abundantes sobre a atividade solar e alcançou muitos resultados científicos importantes em áreas como o estudo de manchas solares e a observação da coroa solar.
Um caso de otimização colaborativa de sistemas fotovoltaicos em estufas agrícolas.
(1) Contexto do Projeto
Em uma estufa agrícola integrada com sistema fotovoltaico no Brasil, os painéis fotovoltaicos estão instalados de forma fixa. Embora atendam à demanda de luz das culturas dentro da estufa, não conseguem aproveitar totalmente a energia solar para geração de eletricidade. Para alcançar a otimização coordenada da produção agrícola e da geração de energia fotovoltaica e aumentar a renda total da estufa, o operador decidiu instalar rastreadores solares totalmente automáticos.
(2) Soluções
Instale um rastreador solar automático de eixo único. Este rastreador ajusta o ângulo dos painéis fotovoltaicos de acordo com a posição do sol. Garantindo a duração e a intensidade da luz solar para as plantas dentro da estufa, o rastreador maximiza a captação da radiação solar. Através do sistema de controle inteligente, é possível definir a faixa de ajuste do ângulo dos painéis fotovoltaicos para evitar que o excesso de luz solar bloqueada prejudique o crescimento das plantas. Além disso, o rastreador está integrado ao sistema de monitoramento ambiental da estufa para ajustar o ângulo dos painéis fotovoltaicos em tempo real, de acordo com as necessidades de crescimento das plantas.
(3) Efeito de implementação
Após a instalação do rastreador solar totalmente automático, a geração de energia fotovoltaica em estufas agrícolas aumentou em cerca de 20%, permitindo o aproveitamento eficiente dos recursos de energia solar sem afetar o crescimento normal das culturas. As plantas na estufa crescem bem devido às condições de luz mais uniformes, e tanto a produtividade quanto a qualidade melhoraram. A sinergia entre a agricultura e a indústria fotovoltaica é notável, e a receita total das estufas aumentou de 15% a 20% em comparação com o período anterior.
Os casos acima demonstram as aplicações bem-sucedidas de rastreadores solares totalmente automáticos em diferentes áreas. Se desejar saber mais sobre cenários específicos ou tiver alguma sugestão para aprimorar o conteúdo, fique à vontade para me contatar a qualquer momento.
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Data da publicação: 18/06/2025