A n o v e l a z im u th a l tra c k e r s ystem Ένα καινοτόμο αζιμουθιακό ηλιοτρόπιο F . M a v ro m a ta k is , J . F ra g k ia d a k is , E . D a v e lis , Y . F ra n g h ia d a k is , P . S yligardos S c h o o l o f A p p lie d T e c h n o lo g y , T .E .I. o f C rete , . .. Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τ Ε Ι Κρήτης A new design of an azimuthal tracker is presented. Its novel characteristic is that although a single motor is used, the plane of the collector is able to move in two directions. This is achieved through an innovative support structure resulting in a motion very similar to that of a two axis system. The major advantages of the proposed tracker (heliotrope) are the firmness of the mechanical structure, allowing it to operate properly under strong wind conditions, and its high performance which is very close to that of the standard two axis tracker (Fig. 1) . Actual measurements have been performed under different times of a year and the results agree very well with the developed theoretical model. The model uses as input the appropriate equations of motion along with a model describing the beam and diffuse solar irradiance. The software optimizes the position of the novel tracker in order to maximize the incoming solar energy. The relative performance (RP) is defined as the ratio of the daily solar insolation received by the novel tracker with respect to the standard two axis tracker. It has been found that this tracker intercepts 98% of the energy perceived by the two axis tracker and 47% more energy than a fixed tilt system (at the latitude of Heraklion, Crete, Greece). Fig. 2 shows measurements of the module peak power intercepted by the plane of the novel tracker compared to that intercepted by the standard two-axis tracker. The novel tracker performs very well compared to the two-axis tracker. The data are recorded from sunrise to solar noon every 15 minutes and are subsequently processed. The relative performance of the novel tracker is measured experimentally and is compared with the predictions of the theoretical model. Data are recorded during different days of a year in order to test its performance when the sun is at different positions on the celestial sphere. Fig. 3 shows that the agreement between the measured and the predicted relative performance is very good. The divergence of the experimental data from perfect agreement with the theoretical data is very small (0.5%). The proposed novel tracker can be used in photovoltaic, on-grid or off-grid, applications to increase the energy production, while retaining the stability of the system under strong wind conditions. In Fig. 4 we compare the relative performance of a module placed on a fixed mount (brown curve), on a polar tracker (blue curve) and on the proposed novel tracker (red curve). It is expected that a photovoltaic system of 1 kW peak power, in the area of Heraklion, Crete will produce more than 2250 kWh per year. This tracker has been awarded a patent by the Greek Industrial Organization (OBI). Στο συνέδριο αυτό παρουσιάζουμε μία καινοτομική εκδοχή ενός αζιμουθιακού ηλιοτροπίου. Τα ηλιοτρόπια (ενός ή δύο αξόνων) χρησιμοποιούνται προκειμένου να αποκομίζουμε περισσότερη ενέργεια από συλλέκτες που τοποθετούνται σ’ αυτά, σε σχέση με συλλεκτικές επιφάνειες τοποθετημένες με σταθερή γωνία κλίσης. Το καινοτομικό χαρακτηριστικό του είναι η δυνατότητά του να κινηθεί σε δύο διευθύνσεις παρά το γεγονός ότι χρησιμοποιεί ένα μόνο κινητήρα. Αυτό επιτυγχάνεται με συνδυασμό της αζιμουθιακής κίνησης με κίνηση του κοινού σημείου των βραχιόνων, που συγκρατούν το συλλέκτη, κατά μήκος καμπύλου ανοίγματος-οδηγού στην επιφάνεια του εξωτερικού κυλίνδρου της διάταξης (Σχ. 1). Επιπλέον, αυτός ο τρόπος κατασκευής της διάταξης της προσφέρει ιδιαίτερη ανθεκτικότητα σε ισχυρούς ανέμους. Πειραματικές μετρήσεις καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους 2006 δείχνουν πολύ καλή συμφωνία με το θεωρητικό μοντέλο. Με το μοντέλο αυτό υπολογίζεται ανά πάσα στιγμή η πυκνότητα ισχύος της ολικής ακτινοβολίας του ήλιου στο επίπεδο του συλλέκτη, λαμβάνοντας υπόψη την ιδιαιτερότητα της σύνθετης κίνησης του καινοτομικού ηλιοτροπίου. Η σχετική αποδοτικότητα (RP) ορίζεται ως ο λόγος της ημερήσιας ενεργειακής απολαβής της ηλιακής ακτινοβολίας (π.χ. σε kWh/m 2 ) στην επιφάνεια ενός συλλέκτη προς την αντίστοιχη στο επίπεδο του ηλιοτροπίου δύο αξόνων. Το καινοτομικό ηλιοτρόπιο παρουσιάζει σχετική αποδοτικότητα 98%, προσφέροντας 47% αυξημένη ενεργειακή απολαβή σε σχέση με συλλέκτη σταθερής γωνίας κλίσης, νότια προσανατολισμένο. Στο Σχ. 2 δείχνονται ημερήσιες μετρήσεις, ανά 15 λεπτά, από την ανατολή ως τη μεσουράνηση του ήλιου, της μέγιστης ισχύος σε τρία όμοια ΦΒ πλαίσια τοποθετημένα, το ένα στο καινοτομικό ηλιοτρόπιο (τετράγωνα), το άλλο στο ηλιοτρόπιο δύο αξόνων (κύκλοι) και το τρίτο υπό σταθερή γωνία κλίσης ίση με 35,5 ο (γ.π. Ηρακλείου Κρήτης) και νότιο προσανατολισμό (τρίγωνα). Η σχετική αποδοτικότητα του καινοτομικού ηλιοτροπίου προσδιορίστηκε πειραματικά, με ημερήσιες μετρήσεις σε διαφορετικές ημέρες στη διάρκεια του έτους 2006. Όπως προκύπτει από το Σχ. 3 υπάρχει πολύ καλή σύμπτωση των θεωρητικών προβλέψεων με τα πειραματικά αποτελέσματα (διασπορά 0,5%). Το καινοτομικό ηλιοτρόπιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε φωτοβολταϊκές εφαρμογές (αυτόνομα ή διασυνδεδεμένα στο δίκτυο συστήματα) για την αύξηση της αποδιδόμενης ενέργειας από το σύστημα, ενώ παράλληλα χαρακτηρίζεται από αυξημένη σταθερότητα σε ισχυρούς ανέμους. Στο Σχ. 4 δείχνονται οι σχετικές αποδοτικότητες όμοιων φωτοβολταϊκών πλαισίων τοποθετημένων στο καινοτομικό ηλιοτρόπιο (κόκκινη καμπύλη), στο ηλιοτρόπιο πολικού άξονα (μπλε καμπύλη) και σε διάταξη σταθερής γωνίας κλίσης (μαύρη καμπύλη) καθώς και τα πειραματικά αποτελέσματα. Μια συστοιχία φωτοβολταϊκών πλαισίων ονομαστικής ισχύος 1 kW, τοποθετημένη στο καινοτομικό ηλιοτρόπιο, στο Ηράκλειο της Κρήτης, αναμένεται να αποδίδει ετησίως, περισσότερο από 2250 kWh. Το καινοτομικό ηλιοτρόπιο διαθέτει πατέντα από τον Ελληνικό Οργανισμό Βιομηχανικής Ιδιοκτησίας. Additional activities ➢ Modeling photovoltaic energy production ➢ Identification and solution of problems through system monitoring ➢ Testing the performance of photovoltaic modules under natural light conditions (and reduction to STC) ➢ Solar irradiation measurements and analysis ➢ Sizing photovoltaic/hybrid systems ➢ Measurements of glass transmissivity from UV to NIR Δραστηριότητες ➢ Θεωρητική μελέτη και πειραματικός έλεγχος της παραγόμενης ενέργειας από φωτοβολταϊκά ➢ Μελέτη και έλεγχος προβλημάτων μέσω της παρακολούθησης ενός φωτοβολταϊκού συστήματος ➢ Μέτρηση φωτοβολταϊκών πλαισίων σε φυσικές συνθήκες (και αναγωγή στις πρότυπες συνθήκες) ➢ Μετρήσεις και ανάλυση δεδομένων ηλιακής ακτινοβολίας ➢ Μελέτη/διαστασιολόγηση φωτοβολταϊκών/υβριδικών συστημάτων ➢ Μετρήσεις διαπερατότητας υαλοπινάκων από το υπεριώδες μέχρι το κοντινό υπέρυθρο Photovoltaic Park Laboratory Department of Sciences School of Applied Technology http://physics.stef.teicrete.gr Tel. +302810254858 Εργαστήριο “Φωτοβολταϊκό Πάρκο” Γενικό Τμήμα Θετικών Επιστημών Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών http://physics.stef.teicrete.gr Τηλ. +302810254858 Fig. 1 : A schematic model of the novel azimuthal tracker Fig. 2 : The daily variation of the module power for all three trackers. Fig. 3 : The agreement between the theoretical and the measured relative performance is very good. The numbers correspond to the different days in the year 2006. Fig. 4: This figure shows the relative performance of the proposed novel, polar tracker and a fixed tilt system. Experimental data are also shown and is evident that the agreement is very good.