من أكبر المشاكل التي تقابل الأنظمة الشمسية لتوليد الطاقة الكهربية هي إهدار وانتشار جزء كبير من أشعة الشمس بعيدًا عن الألواح الشمسية، وذلك يرجع لعدة أسباب، منها الانعكاس وتشتت الأشعة الشمسية، فينتشر جزء كبير من الضوء وينعكس بعيدًا، وبالتالي لا يمكن تحويله إلى طاقة كهربية. نظرًا لأن موضع الشمس في السماء يتحرك خلال النهار (وأثناء العام)، فغالبًا ما تكون هناك فترات طويلة من الوقت لا تستطيع فيها اللوحات الثابتة العادية جمع ضوء الشمس على النحو الأمثل.

فالحل الأمثل هو إضافة متعقبات الطاقة الشمسية إلى النظام الشمسي المثبت على الأرض؛ لكي يقوم بتتبع لحركة الشمس في السماء على مدار اليوم أو العام.

ما هو جهاز التعقب أو التتبع الشمسي؟

هو عبارة عن قاعدة متحركة للألواح الشمسية، تقوم الموتورات فيها بتحريك القاعدة مع الألواح الشمسية لتكون عمودية على الشمس وتزيد من وقت الذروة، وتتحرك الموتورات بناء على ما تمليه وحدة التحكم التي تعتمد على أنواع مختلفة من الحساسات.

تستخدم متعقبات الشمس لزيادة كفاءة الطاقة الكهربائية الناتجة من الألواح الشمسية، وتتراوح النسبة الزائدة ما بين 20%-35%، وتختلف الزيادة باختلاف المنطقة والنوعية المستخدَمة.

أنواع أنظمة التتبع الشمسي

يوجد نوعان، هما:

• جهاز تتبع الشمس ذي محور واحد

هو جهاز يحتوي على محرك واحد وحساسين، يقوم الجهاز بتعقيب الشمس من الشرق إلى الغرب طوال اليوم، فهو يدور خلال محور واحد فقط.

• جهاز تتبع الشمس ذي محورين

هو جهاز يحتوي على 4 حساسات ومحركين، حيث يقوم بتتبع الشمس من الشرق إلى الغرب طوال اليوم، كما أنه يغير زاوية اللوحة من 0 إلى 90 درجة خلال الفصول السنة، فمثلًا في موسم الصيف الشمس تكون عمودية على الأرض، لذلك يقوم بتنظيم زاوية اللوحة بزاوية قريبة إلى الصفر لكي تحصل على أكبر قدر ممكن من أشعة الشمس، وفي الشتاء زاوية اللوحة يجب أن تكون قريبة إلى 80 تقريبًا.

مميزات أجهزة التتبع الشمسي

• زيادة معدل إنتاج الطاقة الكهربية، حيث يزيد جهاز تعقب المحور الواحد من الإنتاج السنوي بحوالي 30 % ومتتبع ثنائي المحور بنسبة 36%.
• زيادة كفاءة الطاقة الشمسية المستخدمة في المنازل.
• سهلة التركيب والتشغيل وغير مكلفة للصيانة.
• تكلفة النظام الشمسي تكون أقل نسبيًّا، حيث إنه في وجود جهاز تتبع شمسي يمكن لعدد أقل من اللوحات لإنتاج نفس الكمية من الطاقة.
• أهم ما يميز جهاز التتبع الشمسي أنه يوفر لك أقصى استفادة من أشعة الشمس وأقصى استفادة للمساحة المتواجد بها اللوح الشمسي.

سلبيات أجهزة التتبع الشمسي

تزايد أعمال الصيانة بالمقارنة مع الألواح الشمسية التي هناك عادة حاجة إلى مزيد من الصيانة للحفاظ على تعقب الطاقة الشمسية لتعمل بنجاح.

جهاز التتبع الشمسي معقد، للتثبيت تتطلب أنظمة التتبع خبيرًا للتثبيت، مما يزيد من تكلفة إعداد نظام شمسي واحد.

ما هي آلية عمل جهاز التتبع الشمسي؟

هناك ثلاث تقنيات يمكن أن يعمل بهم جهاز التتبع الشمسي، وهم:

المحركات: تسمى أجهزة التتبع “النشطة”، المحركات هي المسؤولة عن توجيه الألواح الشمسية نحو اتجاه الشمس؛ لذلك يجب أن تكون المحركات قوية جدًّا، وأيضًا لأنها تحمِل الوزن الثقيل للنظام الشمسي مع مقاومة الرياح والثلوج أيضًا.

• الغاز المسال (سائل – غاز) :- تسمى أجهزة تتبع الطاقة الشمسية “السلبية”، تكون هذه الأنواع من الأنظمة قادرة على تغيير موضع الألواح باستخدام سائل الغاز المضغوط، حيث يتبخر السائل الموجود داخل الأنابيب الكبيرة مع تسخين أشعة الشمس طوال اليوم، ونقل الغاز عبر الأنابيب إلى الجانب الآخر من النظام الشمسي تعمل حركة الغاز والسائل على تغيير وزن جانب واحد من الألواح ببطء، بحيث يمكنها توجيه النظام بشكل فعال نحو الشمس.
• التسلسل الزمني :- تعمل هذة التقنية مع حركة الأرض، حيث يستخدم جهاز التتتبع تقنية الدوران الأساسية لتدور بدون توقف بنفس سرعة كوكب الأرض، ولكن في الاتجاه المعاكس.

الخلاصة

بعد أن عرضنا جهاز التتبع الشمسي بالطبع تأكدنا أنه من أهم الأجهزة بالنسبة للنظام الشمسي؛ حيث إنه يزيد من إنتاج الطاقة الشمسية لأن توجيه أشعة الشمس للخلايا بجعلها عمودية يساعد على تعرض الخلايا لأكبر كمية من الضوء.