Tracker Mini Max - Geneza Projektu

Geneza Projektu tracker Mini-Max

Zintegrowany system dwuosiowych trackerów solarnych ze wspólnym napędem i sterowaniem "Mini-Max"

Analiza i cele

Prace nad projektem zostały zainicjowane w 2020 roku. Znając powszechnie znane problemy z jakimi mierzą się dwuosiowe trackery solarne, po analizie ich przyczyn, postawiliśmy przed nami najważniejsze cele:

minimalizacja podatności na awarie

miniminimalizacja problemu serwisu

minimalizacja kosztów wytworzenia

maksymalizacja uzysku energii

Prace nad projektem

Już wstępna analiza wykazała, że powodem problemów eksploatacyjnych są napędy i ich umiejscowienie. Efektowne co do formy, niestety ze względu na zasadę działania, czyli stawianie statycznego oporu podmuchom wiatru na stelaż z panelami PV, są narażone na awarie, których usunięcie wiąże sie niejednokrotnie z użyciem sprzętu ciężkiego lub demontażem prawie całego trackera. Tą współpracę stelaża z napędami można porównać do jazdy samochodem po wybojach, na sztywnym nie amortyzowanym zawieszeniu.

Po roku prac na instalacji testowej, powstał całkowicie nowy innowacyjny system napędów, pod nazwą "A.S.N.T." Aktywny System Napędu Trackera. Poza wyprowadzeniem napędów poza trackery, w wyniku czego z bezpośrednich stały się pośrednimi, co w pełni wyeliminowało negatywny wpływ stelaża na ich pracę, zastosowaliśmy aktywny opatentowany system przekładni A.S.N.T., pozwalający amortyzować silne podmuchy czyli uderzenia wiatru o stelaż. Wyeliminowało to całą gamę przeciążeń i drgań mającą wpływ na awarie, stwarzając pracę trackera płynną i bezproblemową. Dodatkowo opracowaliśmy unikatową, nie spotykaną na świecie możliwość łączenia dwuosiowych trackerów solarnych w szereg w dowolnej liczbie, stosując do niego po jednym wspólnym napędzie na każdą oś, i jedno wspólne sterowanie. W czerwcu 2021 roku złożyliśmy wniosek do PUP o ochronę patentową, a po pozytywnej ocenie wstępnej, w czerwcu 2022 wniosek o ochronę międzynarodową do WIPO. W czerwcu 2023 r. otrzymaliśmy Patent PUP na 20 lat.

Decyzja

Na podstawie art. 24 i art. 52 ustawy z dnia 30 czerwca 2000r. Prawo własności przemysłowej (Dz. U. z 2021 r. poz. 324 z późn. zm.) Urząd Patentowy RP po rozpatrzeniu zgłoszenia oznaczonego numerem P.438100 dokonanego w dniu 2021-06-09 udziela na rzecz: KALINOWSKI EDWARD, Toruń, Polska
PATENTU
na wynalazek(i) pt.:
Konstrukcja wsporcza z dwiema osiami obrotu do paneli fotowoltaicznych, oraz system do
obracania w dwóch osiach obrotu konstrukcji wsporczych do paneli fotowoltaicznych.

Wewnętrzne prace Badawczo-Rozwojowe.

Mechanika

W marcu 2022 postawiliśmy instalację testową z naszym systemem napędów. W celu sprawdzenia podatności systemu na warunki atmosferyczne, jedna z przekładni od początku pracuje w systemie niezabezpieczonym w przestrzeni otwartej, bez żadnej obsługi. Krótko po uruchomieniu, przez dwa miesiące instalacja pracowała w symulacji. W dzień generowała normalnie energię, a w nocy przez 10 godzin wykonywała 100 pełnych cykli dziennych, czyli 10 cykli na godzinę (6 minut cykl dzienny). To znaczy że ma przepracowane około 16 lat w symulacji i 2,5 roku pracy rzeczywistej. Do dziś nie było żadnej poważnej awarii.

Ekonomia

Aktywność stelaża z panelami PV i powstawanie mniejszych oporów zaowocowała mniejszą masą trackera. Również zastosowane przekładnie są wielokrotnie tańsze od powszechnie stosowanych. Na pewno bardzo ważne to zmniejszenie ilości napędów i systemów sterowania. Dla przykładu do 1 MWp potrzeba 200 jednostek napędowych i 100 systemów sterowania. Dla trackerów Mini-Max to odpowiednio 40 i 20. To też 5-cio krotne mniejsze zużycie energii na sterowanie.

Eksploatacja i Serwis

Wyliczone koszty na obsługę, są niewspółmiernie niskie w stosunku do zwiększonego uzysku. Zastosowany system przekładni i napędów pozwala, by w przypadku awarii jednego z podzespołów, jego kompleksową wymianę mogła wykonać jedna osoba w czasie od jednej do dwóch godzin, przy użyciu standardowych narzędzi i co najwyżej drabiny. Pięciokrotnie mniejsza ilość napędów i sterowania, to pięciokrotnie mniejsza statystyczna podatność na awarie.

Efektywność badana metodą empiryczną

W celu uzyskania wiarygodnych efektów działania systemu dwuosiowych trackerów Mini-Max, podzieliliśmy go na dwie niezależne instalacje o mocy 4,8 kWp na każdym z trackerów. Na pierwszym zamontowaliśmy panele dwustronne bifacial, a na drugim panele monofacial. Obok postawiliśmy instalację statyczną również o mocy 4,8 kWp. Każdą z instalacji obsługiwał indywidualny inwerter. Po pierwszym "pełnym roku" eksploatacji, instalacja na trackerze z panelami bifacial miała o 58% pięćdziesiątosiemprocent wyższy uzysk od instalacji statycznej "południe" i o 11% wyższy od instalacji na trackerze z panelami monofacial. Jednak co zwraca uwagę to wielokrotnie większy uzysk w godzinach przed i po południowych, dochodzący do 1.400 %, (tysiącczterystaprocent), np. dane z 12 czerwiec 2022 r. o godz. 19.00. Instalacja statyczna 0,21 kWh, a instalacja Mini-Max bifacial 3,27 kWh. Na powyższe wyniki badań stworzyliśmy maksymę "Zasada 30 %" ,która odzwierciedla efekt zastosowania dwuosiowych trackerów.

Zasada 30 %

Zmniejszenie mocy instalacji PV na trackerach Mini-Max o 30% w stosunku do mocy instalacji statycznej, powoduje że zachowując tą samą docelową jej efektywność, przenosimy 30% uzysku z godzin szczytowych na pozaszczytowe, zmniejszając tym samym o 30% zapotrzebowanie na magazyny energii, oraz panele fotowoltaiczne. A to oznacza, że w tej konfiguracji instalacja statyczna jest droższa o około 30% od instalacji na trackerach

Ekologia i ślad węglowy

Wiadomo że uzysk energii przez panele PV jest najbardziej ekologiczny. Ale jest to tylko wtedy, gdy uzyskana energia trafia bezpośrednio do konsumpcji. Magazynowanie jej, aczkolwiek niezbędne i uzasadnione, niesie za sobą wszystkie ślady ekologiczne. Dotyczy to szczególnie powszechnie stosowanych baterii np. litowo jonowych. Przy czym rośnie też czynnik ekonomiczny. Powyższa maksyma to odzwierciedla. Biorąc optymistycznie 15 letnią eksploatację baterii, to dla 30 lat jest to dwukrotne zastosowanie tych baterii z pełnym cyklem "od kołyski do grobu" i stratach w przesyle energii. Do tego kosztowna utylizacja. W tym czasie trackery przy krótkotrwałym cyklu "od kołyski do bramy", uzyskują część energii poza szczytem, i jest ona na bieżąco konsumowana. Po 30 latach, utylizacji podlegać będą tylko panele, a trackery jako złom, nie będą odpadem, tylko cennym surowcem. Skoro magazynowania energii nie można uniknąć, to należy ten proces ograniczyć. W przypadku dwuosiowych trackerów Mini-Max, ma to dodatkowo uzasadnienie ekonomiczne.