Μονοαξονικά trackers: ένα δύσκολο ξεκίνημα

Posted by elvan 03/02/2021 0 Comment(s)

Μονοαξονικά trackers: ένα δύσκολο ξεκίνημα

 

Η συζήτηση για αστοχίες λόγω αέρα σε φωτοβολταικά έργα, ειδικά αυτών που είναι κατασκευασμένα με μονοαξονικά trackers πρώτης γενιάς, γίνεται ολοένα και πιο έντονη μετά την ταχύτατη ανάπτυξη αυτής της αγοράς.

 

Στις μηχανολογικές κατασκευές είναι γνωστό το ρίσκο που συνοδεύει κάθε μεγέθυνση (scale-up) μιας κατασκευής και αυτό δυστυχώς επαληθεύθηκε στην πράξη. Τα μονοαξονικά trackers πρώτης γενιάς συμπεριφέρονταν καλά όσο ήταν μικρά σε μέγεθος, κι έτσι οι κατασκευαστές τα υπεμεγένθυναν, για να ανακαλύψουν με οδυνηρό τρόπο ότι και άλλες παράμετροι επηρέαζαν τη λειτουργία τους.

Αεροελαστικά φαινόμενα, η εφαρμογή δηλαδή δυνάμεων απο τον αέρα (aero) στην ελαστική, απο τη φύση της, μεταλλική κατασκευή (elastic), δεν είναι κάτι νέο για τους πολιτικούς μηχανικούς ή τους αεροναυπηγούς. Παρ’ όλα αυτά τα αεροελαστικά φαινόμενα πολλές φορές δεν λαμβάνονται υπ΄όψιν σε μηχανολογικές εφαρμογές λόγω της αμελητέας επίδρασης τους. Αυτός ήταν και ο λόγος που τα αεροελαστικά φαινόμενα αγνοήθηκαν στους πρώτους σχεδιασμούς μονοαξονικών trackers, με αποτέλεσμα αρκετά από αυτά να είναι τόσο ευαίσθητα σε στρέψη του κεντρικού άξονα ώστε να καταστρέφονται από συντονισμό για τιμές αέρα πολύ κάτω από αυτές που έδινε ο κατασκευαστής σαν όριο ασφαλούς λειτουργίας. Ειδικότερα σε μια ορισμένη κρίσιμη ταχύτητα του αέρα, που προσπίπτει υπό ορισμένη γωνία, στο tracker αναπτυσόταν αρνητική απόσβεση αντί για θετική με αποτέλεσμα τον συντονισμό και τελικά την αστοχία

 

Η εξέλιξη

 

Μετά από ορισμένες δραματικές αστοχίες, έγινε προφανές ότι η συμμόρφωση με τους κώδικες και τα σχεδιαστικά standards δεν είναι αρκετή για την αποφυγή τους. Είναι απαραίτητη η δοκιμή σε αεροδυναμική σήραγγα όλων των μονοαξονικών trackers για να είμαστε σίγουροι για τα αποτελέσματα. Και μάλιστα δοκιμές πολλών σειρών trackers (multi row test) και όχι μόνο xn--kxae5a4a.Tracker που δεν έχει δοκιμαστεί σε αεροδυναμική σήραγγα είναι απλώς ένα ατύχημα που περιμένουμε να συμβεί (εκτός αν συνειδητά το έχουμε υπερδιαστασιολογήσει, με το ανάλογο αντίτιμο στο κόστος και το LCOE του έργου).

Φυσιολογικό ήταν μετά τα παραπάνω προβλήματα και τα αποτελέσματα από τις αεροδυναμικές σήραγγες τα μονοαξονικά trackers να εξελιχθούν και να περάσουν σε μιά νέα γενιά.

Γνωρίζοντας ότι η μετάβαση από διάταξη 1 Portrait σε 2 Portrait δεν είναι γραμμική όσον αφορά τις ανεμοπιέσεις, αλλά εκθετική, οι κατασκευαστές οδηγήθηκαν στην ιδέα να ξαναμικρύνουν τα trackers υιοθετώντας την διάταξη 1P, μόνο που αυτή τη φορά ένα μοτέρ να δίνει κίνηση σε 2 σειρές trackers .

Τα dual row trackers, όπως ονομάστηκαν, πρωτοπαρουσιάστηκαν από την Ισπανική εταιρία STI Norland, και ήδη βρίσκονται στην 6η γενιά εξέλιξης και συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα και των δυο διατάξεων, αφού:

 

·       έχουν διάταξη 1P, με την ανάλογη ασφάλεια έναντι αστοχιών, αφού έχουν τεγίδα μήκους 2 μέτρων ενώ

·       ένα μοτέρ δίνει κίνηση σε 2 σειρές trackers, μέσω αρθρωτών βραχιόνων, με την ανάλογη μείωση του κόστους

 

Περαιτέρω τα dual row trackers έχουν τα παρακάτω πλεονεκτήματα:

 

1.  λιγότερα εξαρτήματα από ένα single row tracker

2.  μεγάλες ανοχές μεταξύ των εξαρτημάτων

3.  μεγάλη ευκολία στην εγκατάσταση

4.  προσαρμόζονται πιο εύκολα σε υψομετρικές διαφορές στο χωράφι

5.  τη μεγαλύτερη πυκνότητα kW/m2

 

Γεγονός όμως παραμένει ότι το tracker όσο καλοσχεδιασμένο και καλής ποιότητος και να είναι, δεν παύει να είναι μια μηχανολογική κατασκευή με κινουμενα μέρη και ηλεκτρονικά συστήματα. Και μάλιστα μέρη και συστήματα εγκατεστημένα στο ύπαιθρο, εκτεθιμένα στις καιρικές συνθήκες και με απαίτηση να λειτουργήσουν για 20 έτη. Αυτο σημαίνει ότι απαιτείται συνεχής παρακολούθηση, προληπτική συντήρηση και επεμβάσεις για επισκευές. Σημειωτέον ότι μια βλάβη (π.χ.σταμάτημα του tracker) δεν έχει κόστος μόνο την αποκτάσταση αυτής (ανταλλακτικά και εργατικά) αλλά και την απώλεια απόδοσης, αφού το tracker δεν ακολουθεί τον ήλιο. Όλοι αυτοί είναι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπ’ όψιν κατά τον σχεδιασμό του έργου και να υπολογιστούν στο ανηγμένο κόστος παραγώμενης ενέργειας (L.C.O.E.). Και αυτός είναι ο λόγος όπου γενικά δεν συνίσταται η εγκατάσταση trackers σε έργα μικρότερα των 5 MW σε ενιαίο οικόπεδο. Σε τέτοια έργα το μέγιστο L.C.O.E. το παίρνουμε εγκαθιστώντας bifacial panels και σταθερές βάσεις ειδικές για bifacial panels (π.χ. ELVAN BIF-2V).

 

 

Η σωστή μελέτη του έργου

 

Όμως ακόμη και για ένα καλά σχεδιασμένο single row tracker και δοκιμασμένο στη αεροδυναμική σήραγγα, όπως π.χ. το Norland STI-H250, η σωστή μελέτη πριν την εγκατάσταση παίζει πρωταρχικό ρόλο.

Αυτό συμβαίνει γιατί η ανεμοπίεση (wind load) που μας δίνουν οι Ευρωκώδικες δεν λέει όλη την αλήθεια. Αυτό που παίζει ρόλο είναι η ανεμοπίεση σχεδιασμού, η οποία εξαρτάται επίσης από:

1.  το έδαφος στο οποίο θα εγκατασταθεί το tracker (π.χ. για έδαφος κατηγορίας 1- πολύ μαλακό – η ανεμοπίεση σχεδιασμού είναι 1,82 φορές μεγαλύτερη από την ανεμοπίεση που μας δίνουν οι Ευρωκώδικες)

2.  τοπικά καιρικά φαινόμενα που θα πρέπει να μελετηθούν

3.  τοπικές ανωμαλίες του εδάφους όπως π.χ. η ύπαρξη χαραδρών (οπότε η ανεμοπίεση σχεδιασμού είναι 1,6 φορές μεγαλύτερη από την ανεμοπίεση που μας δίνουν οι Ευρωκώδικες)

Για όλους αυτούς τους λόγους η STI Norland έχει δοκιμάσει και πιστοποιήσει στην αεροδυναμική σήραγγα σχεδόν 1000 πρωτότυπα που να καλύπτουν όλους τους πιθανούς συνδυασμούς:

·       3 τύπους trackers

·       5 κατηγορίες ανέμου

·       5 κατηγορίες εδάφους

·       διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης του αέρα

 

 

 Οι προκλήσεις του μέλλοντος

 

Βέβαια η τεχνολογική εξέλιξη δεν σταματά ποτέ και μας βάζει όλο και νέες προκλήσεις. Ορισμένα από τα θέματα που θα έχουμε να αντιμετωπίσουμε στο μέλλον είναι:

·       η όλο και μεγαλύτερη χρήση των bifacial panels. Εδώ τα dual row trackers πλεονεκτούν έναντι των single row αφού για τη μέγιστη εκμετάλλευση της πίσω επιφάνειας του panel πρέπει το ανηγμένο ύψος του tracker (normalized height) να είναι σταθερό. Αυτό σημαίνει ότι ένα dual row tracker χρειάζεται μικρότερο ύψος για να έχει την ίδια απόδοση με ένα single row tracker, όταν έχουμε βάλει bifacial panels. Και βέβαια μικρότερο ύψος σημαίνει μικρότερες ανεμοπιέσεις κ.λ.π.

·       η εμφάνιση και πιο διαδεδομένη χρήση όλο και μεγαλύτερων panels, τόσο σε ισχύ όσο και σε διαστάσεις. Επειδή με την αύξηση της επιφάνειας οι ανεμοπιέσεις αυξάνονται εκθετικά, αυτό αποτελεί μεγάλη πρόκληση για τον σχεδιασμό των trackers. Εδώ τα single row trackers πλεονεκτούν λόγω της διάταξης 1P που σημαίνει ότι η τεγίδα παραμένει σε λογικές διαστάσεις.

·       η συχνότερη εμφάνιση όλο και πιο ακραίων καιρικών φαινομένων, λόγω της κλιματικής αλλαγής.

 

 

Συμπεράσματα:

 

Από όλα τα παραπάνω συμπεραίνουμε ότι:

·       η εμφάνιση αστοχιών στα μονοαξονικά trackers πρώτης γενιάς, οδήγησε στη εμφάνιση των dual row trackers τα οποία: έχουν διάταξη 1P και τεγίδα μήκους 2m. ενώ ένα μοτέρ δίνει κίνηση σε 2 σειρές trackers. Αυτά αποτελούν πλέον το νέο standard της αγοράς.

·       Tracker που δεν έχει δοκιμαστεί σε αεροδυναμική σήραγγα είναι απλώς ένα ατύχημα που περιμένουμε να συμβεί (εκτός αν συνειδητά το έχουμε υπερδιαστασιολογήσει, με το ανάλογο αντίτιμο στο κόστος και το LCOE του έργου)

·       Τα dual row trackers έχουν μια σειρά από μεγάλα πλεονεκτήματα: λιγότερα εξαρτήματα από ένα single row tracker, μεγάλες ανοχές μεταξύ των εξαρτημάτων, μεγάλη ευκολία στην εγκατάσταση, προσαρμόζονται πιο εύκολα σε υψομετρικές διαφορές στο χωράφι, ενω εγγυόνται και τη μεγαλύτερη πυκνότητα kW/m2

·       Τα dual row trackers μπορουν να αντιμετωπίσουν με τον καλύτερο τρόπο τις προκλήσεις του μέλλοντος: την όλο και μεγαλύτερη χρήση των bifacial panels, την πιο διαδεδομένη χρήση όλο και μεγαλύτερων panels καθώς και την συχνότερη εμφάνιση όλο και πιο ακραίων καιρικών φαινομένων, λόγω της κλιματικής αλλαγής

·       Εγκατάσταση trackers έχει νόημα μόνο για έργα άνω των 5 MW, σε ενιαίο χωράφι.

 


Ο Κωνσταντίνος Καστάνης είναι o Διευθύνων Σύμβουλος της ELVAN Α.Β.Ε.Ε., μιας Ελληνικής βιομηχανικής εταιρίας, η οποία παράγει σταθερές βάσεις φωτοβολταικών, σχάρες καλωδίων, συστήματα στήριξης και υλικά αντικεραυνικής προστασίας. Το 25% του κύκλου εργασιών της εταιρίας αφορά εξαγωγές σε όλο τον κόσμο.

Γεννήθηκε το 1965 στην Αθήνα και αποφοίτησε από τη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσοβείου Πολυτεχνείου με ειδικότητα Ενεργειακού Μηχανικού. Επίσης κατέχει Master in Business Administration (MBA) από το University of Indianapolis, όπου εκπόνησε τη διατριβή του με θέμα: “Teachings of War History on Corporate Strategy and Leadership”. Ανέλαβε τη διοίκηση της εταιρίας το 2006, οπότε και ξεκίνησε να ασχολείται με θέματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Leave a Comment