Ученые из Университета Абдельмалека Ассаади в Марокко провели одно из наиболее скрупулезных экспериментальных исследований солнечных трекеров – механизмов слежения за солнцем, которые устанавливаются на фотогальванические панели. Современная солнечная установка – это уже не только сама панель, но и комплекс вспомогательных узлов: датчиков, микроконтроллеров, приводов. Они помогают повысить выработку, но неизбежно потребляют часть произведенной энергии. И насколько их применение действительно оправдано – вопрос, на который в научной литературе почти нет точных экспериментальных ответов.
Чтобы получить такой ответ, марокканские исследователи собрали стенд из четырех абсолютно одинаковых монокристаллических панелей мощностью 2 Вт, различавшихся только типом механики. Одна панель была закреплена жестко и служила контрольной. Две другие оснастили одноосевыми приводами: одна могла менять угол наклона, другая – поворачиваться по азимуту. В четвертую интегрировали полноценный двухосевой трекер. Управление всеми конфигурациями осуществлялось через микроконтроллер ESP32, который рассчитывал положение солнца по астрономическим формулам и каждые десять минут фиксировал напряжение, ток, мощность и ориентацию панели в локальной базе данных.
Главное отличие этого исследования – измерение полного энергетического баланса, включая собственные затраты трекеров. Помимо солнечной выработки, были учтены работа сервоприводов, потребление датчиков тока, активный и спящий режимы микроконтроллера. Как правило, такие «скрытые» издержки обычно остаются вне анализа, хотя именно они определяют, выгоден ли трекер в реальных условиях. За весь период эксперимента, продолжавшийся 9 часов 50 минут, суммарное собственное энергопотребление составило около 5,4 кДж у двухосевой системы, по 3,36 кДж – у одноосевых трекеров и примерно 1,47 кДж – у неподвижной панели.
На этом фоне прирост выработки оказался существенным, но неодинаковым для разных конфигураций. Двухосевой трекер обеспечил около 37% дополнительной энергии по сравнению с неподвижной панелью. Одноосевые системы показали прирост 12,9% (азимутальный трекер) и около 10% (трекер по наклону). При этом эффективность в течение дня распределялась неравномерно: утром и вечером, когда солнце расположено низко и точная ориентация наиболее критична, преимущество двухосевого привода было максимальным. В середине дня различия между системами почти исчезали – падающий под высоким углом солнечный свет делает даже простую азимутальную коррекцию достаточно эффективной.
Этот результат имеет прямое инженерное значение. Если в какой-то момент корректировка ориентации требует больше энергии, чем принесет дополнительная выработка, трекер должен переходить в режим покоя. Такая логика заложена исследователями в алгоритм управления. Это особенно важно для автономных устройств и малых солнечных систем, где энергобаланс критичен, например, для мобильных платформ, роботизированных датчиков или переносных солнечных модулей.
В дальнейшем исследователи планируют расширить эксперимент до круглогодичных наблюдений, использовать более мощные панели и интегрировать установку с облачными сервисами анализа данных.
