افزایش تولید یک نیروگاه خورشیدی همیشه به معنی استفاده از پنل‌های بیشتر یا ماژول‌های پربازده‌تر نیست. در بسیاری از پروژه‌ها، نحوه قرارگیری و حرکت پنل‌ها نیز می‌تواند بر مقدار انرژی قابل برداشت در طول روز و سال اثر بگذارد.
ردیاب خورشیدی یکی از راهکارهایی است که با هدف استفاده بهتر از تابش خورشید در ساعات مختلف روز توسعه یافته و امروز در بخش قابل توجهی از نیروگاه‌های بزرگ مقیاس به کار می‌رود. با این حال، انتخاب آن فقط به میزان افزایش تولید وابسته نیست و باید در کنار عواملی مانند شرایط اقلیمی، زمین، هزینه اجرا، نگهداری و ارزش انرژی تولیدشده بررسی شود.
ردیاب خورشیدی (solar tracker) چیست؟
در نیروگاه خورشیدی با سازه ثابت، زاویه پنل‌ها پس از نصب تغییر نمی‌کند. خورشید اما از صبح تا عصر در آسمان جابه‌جا می‌شود و زاویه تابش نور به سطح پنل دائماً تغییر می‌کند.
ردیاب خورشیدی یا Solar Tracker سازه‌ای متحرک است که زاویه پنل‌ها را در طول روز تغییر می‌دهد تا برای مدت بیشتری در وضعیت مناسب نسبت به خورشید قرار بگیرند.
هدف ردیاب افزایش توان نامی پنل نیست. یک پنل ۶۰۰ واتی با نصب روی Tracker همچنان ۶۰۰ وات توان نامی دارد. تفاوت در این است که پنل می‌تواند در ساعات بیشتری از روز تابش مؤثرتری دریافت کند و در نتیجه انرژی بیشتری بر حسب کیلووات‌ساعت تولید کند.
این فناوری در نیروگاه‌های بزرگ خورشیدی بسیار متداول شده است. گزارش سال ۲۰۲۶ آزمایشگاه ملی لارنس برکلی که نیروگاه‌های خورشیدی زمینی بزرگ‌تر از ۵ MWAC در آمریکا را بررسی می‌کند، اعلام کرده است که ۹۲ درصد پروژه‌های جدید این بخش در سال ۲۰۲۵ از ردیاب تک‌محوره استفاده کرده‌اند. بر اساس همین گزارش، در مناطق پرتابش، نیروگاه‌های مجهز به ردیاب تک‌محوره می‌توانند ضریب ظرفیت به‌مراتب بالاتری نسبت به نیروگاه‌های دارای سازه ثابت داشته باشند
تفاوت سازه ثابت و سازه با ردیاب خورشیدی چیست؟
تفاوت اصلی ساده است:
بنابراین Tracker را نمی‌توان صرفاً «سازه‌ای گران‌تر که برق بیشتری تولید می‌کند» دانست. انتخاب آن یک تصمیم فنی و اقتصادی در سطح کل نیروگاه است.
ردیاب تک‌محوره چگونه کار می‌کند؟
رایج‌ترین نوع در نیروگاه‌های بزرگ، ردیاب تک‌محوره یا Single-Axis Tracker است. در آرایش متداول، ردیف‌های پنل روی محورهایی تقریباً در راستای شمال–جنوب قرار می‌گیرند. ردیف‌ها در طول روز حول این محور می‌چرخند:
صبح به سمت شرق متمایل می‌شوند؛
حوالی ظهر به وضعیت نزدیک‌تر به افقی می‌رسند؛
بعدازظهر به سمت غرب حرکت می‌کنند.
هدف این حرکت آن است که زاویه برخورد تابش مستقیم خورشید با سطح پنل در بخش بیشتری از روز مناسب باقی بماند. کنترل ردیاب معمولاً بر اساس موقعیت جغرافیایی، تاریخ، ساعت و موقعیت محاسبه شده خورشید انجام می‌شود. بنابراین سیستمهای جدید الزاماً نیاز ندارند با یک حسگر نوری، خورشید را در آسمان پیدا کنند.
ردیاب دومحوره چیست؟
ردیاب دومحوره یا Dual-Axis Tracker امکان حرکت در دو محور را دارد و می‌تواند موقعیت خورشید را دقیق‌تر دنبال کند.
اگرچه این روش از نظر هندسی امکان دریافت تابش مستقیم بیشتری را فراهم می‌کند، سازه، محرک‌ها و کنترل آن نیز پیچیده‌تر است. به همین دلیل در نیروگاه‌های فتوولتائیک بزرگ، ردیاب تک‌محوره بسیار متداول‌تر است. افزایش تولید بیشتر همیشه به معنی برق ارزان‌تر نیست.
Backtracking چیست؟
یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های ردیاب‌های نیروگاهی Backtracking است. اگر ردیف‌های Tracker در صبح و عصر مستقیماً خورشید را دنبال کنند، به دلیل پایین بودن ارتفاع خورشید ممکن است یک ردیف روی ردیف بعدی سایه ایجاد کند. برای کاهش این اثر، سیستم در ساعات مشخص عمداً کمی از زاویه ایده‌آل نسبت به خورشید فاصله می‌گیرد. به این روش Backtracking گفته می‌شود.
در نتیجه Tracker همیشه تلاش نمی‌کند یک پنل منفرد را در بهترین زاویه ممکن قرار دهد؛ هدف، بهینه‌کردن تولید کل آرایه خورشیدی است.
فاصله بین ردیف‌ها نیز در این محاسبه نقش دارد. یکی از پارامترهای اصلی نسبت پوشش زمین یا Ground Coverage Ratio – GCR است. هرچه ردیف‌ها به یکدیگر نزدیک‌تر باشند، کنترل سایه و Backtracking اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
ردیاب خورشیدی چقدر تولید را افزایش می‌دهد؟
برای این سؤال یک درصد ثابت وجود ندارد. افزایش تولید به عواملی مانند این موارد بستگی دارد:
موقعیت جغرافیایی
مقدار تابش مستقیم و پراکنده
عرض جغرافیایی
فاصله ردیف‌ها
نوع ماژول
محدوده حرکت Tracker
شرایط زمین
الگوریتم Backtracking
شرایط فصلی
یک مطالعه میدانی منتشرشده در مجله Renewable Energy در سال ۲۰۲۶، عملکرد سامانه‌های دارای ماژول دوطرفه روی ردیاب افقی تک‌محوره را طی ۲۰ ماه در اقلیم بیابانی خاورمیانه با یک آرایش ثابت مقایسه کرد.
در پیکربندی بررسی‌شده، سامانه ردیاب به‌طور متوسط حدود ۱۳٫۵ درصد انرژی سالانه بیشتری نسبت به آرایش ثابت مرجع تولید کرد. اما این مزیت به‌شدت فصلی بود؛ در تابستان بیشتر شد و در بخشی از زمستان، آرایش ثابت عملکرد روزانه بهتری داشت. این عدد را نباید به همه پروژه‌های ردیاب تعمیم داد.
مطالعه روی ماژول‌های دوطرفه، طراحی مشخص ردیاب، نسبت‌های مختلف پوشش زمین و شرایط بیابانی یک سایت مشخص انجام شده است. بنابراین اختلاف اندازه‌گیری‌شده حاصل عملکرد کل این پیکربندی در برابر سیستم ثابت مرجع است و نمی‌توان تمام ۱۳٫۵ درصد را مستقل از نوع ماژول و طراحی سایت صرفاً به مکانیزم Tracking نسبت داد.
نتیجه عملی روشن است: افزایش تولید ردیاب باید برای همان پروژه محاسبه شود، نه با یک درصد عمومی.
یک مثال ساده: تولید بیشتر الزاماً به معنی برق ارزان‌تر نیست
فرض کنیم دو گزینه برای یک نیروگاه داریم.
این اعداد صرفاً فرضی هستند:
سازه ثابت سالانه ۱٬۰۰۰ مگاوات‌ساعت انرژی تولید می‌کند.
همان پروژه با ردیاب سالانه ۱٬۱۰۰ مگاوات‌ساعت تولید می‌کند.
در این مثال ردیاب تولید سالانه را ۱۰ درصد افزایش داده است. اما هنوز نمی‌توان نتیجه گرفت که ردیاب انتخاب اقتصادی بهتری است.
باید بدانیم برای تولید این ۱۰۰ مگاوات‌ساعت اضافه:
سرمایه‌گذاری اولیه چقدر افزایش یافته است؟
هزینه تعمیر و نگهداری سالانه چقدر بیشتر شده است؟
عمر تجهیزات مکانیکی چقدر است؟
آیا قطعاتی در طول عمر پروژه نیاز به تعویض دارند؟
انرژی اضافی در چه ساعاتی تولید می‌شود؟
ارزش فروش برق در آن ساعات چقدر است؟
ممکن است یک ردیاب با ۱۰ درصد تولید بیشتر، از نظر اقتصادی بسیار مناسب باشد. ممکن است در پروژه دیگری همین افزایش تولید نتواند هزینه اضافی را جبران کند.
LCOE چرا معیار مهم‌تری است؟
برای مقایسه اقتصادی، یکی از معیارهای مهم هزینه هم‌تراز انرژی یا Levelized Cost of Energy – LCOE است.
LCOE به‌طور ساده بررسی می‌کند که تولید هر مگاوات‌ساعت برق در طول عمر پروژه، با در نظر گرفتن سرمایه‌گذاری اولیه، هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری، عملکرد، عمر پروژه و هزینه سرمایه، چه مقدار هزینه دارد.
Berkeley Lab نیز در تحلیل پروژه‌های خورشیدی خود LCOE را هزینه متوسط تولید یک مگاوات‌ساعت برق در طول عمر پروژه تعریف و برای محاسبه آن عواملی مانند CapEx، عملکرد، OpEx، عمر طراحی، افت عملکرد و هزینه سرمایه را لحاظ می‌کند.
بنابراین مقایسه صحیح این نیست: Tracker چند درصد انرژی بیشتری تولید می‌کند؟
بلکه باید بررسی شود: این انرژی اضافی با چه هزینه‌ای تولید می‌شود و اثر آن بر LCOE پروژه چیست؟
ممکن است Tracker سرمایه‌گذاری اولیه را افزایش دهد، اما افزایش انرژی تولیدی باعث کاهش LCOE شود. در مقابل، در پروژه‌ای با شرایط نامناسب، هزینه اضافی سازه و نگهداری ممکن است مزیت تولید بیشتر را خنثی کند. حتی LCOE نیز همه چیز را نشان نمی‌دهد، زیرا زمان تولید برق را در قیمت‌های مختلف بازار به‌طور کامل منعکس نمی‌کند.
چرا زمان تولید نیز مهم است؟
یکی از مزایای Tracker تغییر پروفایل زمانی تولید است. در یک سیستم ثابت، بهترین زاویه تابش معمولاً در محدوده مشخصی از روز اتفاق می‌افتد. Tracker صبح پنل را به سمت شرق و عصر به سمت غرب حرکت می‌دهد و می‌تواند تولید را در بخش بزرگ‌تری از روز افزایش دهد.
از نظر اقتصادی این موضوع مهم است، زیرا ارزش یک کیلووات‌ساعت برق الزاماً در تمام ساعات یکسان نیست.
بنابراین علاوه بر LCOE باید پرسید: انرژی اضافی در چه ساعاتی تولید می‌شود و ارزش آن در آن ساعات چقدر است؟
همین موضوع در مقایسه آینده میان ردیاب تک‌محوره و آرایش ثابت شرق–غرب اهمیت زیادی خواهد داشت.
چرا پنل‌های دوطرفه و ردیاب اغلب کنار هم استفاده می‌شوند؟
پنل‌های دوطرفه یا Bifacial علاوه بر سطح جلو، می‌توانند بخشی از تابش بازتاب‌شده از زمین را از پشت پنل دریافت کنند. عملکرد آن‌ها به عواملی مانند ارتفاع پنل، فاصله ردیف‌ها، بازتاب سطح زمین و زاویه قرارگیری ماژول وابسته است.
به همین دلیل ترکیب ماژول دوطرفه و ردیاب تک‌محوره به یکی از معماری‌های مهم نیروگاه‌های بزرگ تبدیل شده است. در این پروژه‌ها طراحی ردیاب، فاصله ردیف‌ها و شرایط سطح زمین باید به‌صورت یک سیستم واحد بررسی شوند و نمی‌توان هر کدام را مستقل از دیگری بهینه کرد.
اگر Tracker تولید بیشتری دارد، چرا در همه پروژه‌ها استفاده نمی‌شود؟
افزایش تولید فقط یکی از متغیرهای طراحی است. ردیاب در مقایسه با سازه ثابت تجهیزات بیشتری مانند محرک، یاتاقان، کنترلر و اجزای مکانیکی دارد.
در نتیجه چند موضوع باید بررسی شود:
- هزینه اولیه: خرید و اجرای ردیاب می‌تواند سرمایه‌گذاری اولیه را افزایش دهد. انرژی اضافی تولیدشده باید بتواند این هزینه را توجیه کند.
- تعمیر و نگهداری: وجود تجهیزات متحرک نقاط خرابی بیشتری ایجاد می‌کند. سیستم محرک و کنترل باید در طول عمر نیروگاه نگهداری شوند.
- شرایط زمین: شیب، ناهمواری، نوع خاک، فونداسیون و فاصله ردیف‌ها می‌توانند هزینه پروژه را تغییر دهند.
- باد و شرایط جوی: در باد شدید، بسیاری از ردیاب ها به یک وضعیت ایمن یا Stow Position منتقل می‌شوند تا بار واردشده به سازه و ماژول‌ها کاهش یابد.
بنابراین انتخاب ردیاب باید از مرحله طراحی سایت انجام شود، نه اینکه بعداً به یک طراحی ثابت اضافه شود.
چگونه بین سازه ثابت و سازه دارای ردیاب تصمیم بگیریم؟
برای یک تصمیم فنی و اقتصادی حداقل باید پنج گروه اطلاعات در اختیار باشد:
۱. داده‌های اقلیمی سایت
تابش مستقیم و پراکنده، دما، باد و تغییرات فصلی.
۲. شبیه‌سازی تولید سالانه
مقایسه انرژی قابل تولید با سازه ثابت و Tracker برای همان محل و همان تجهیزات.
۳. هزینه کل پروژه
هزینه سازه، نصب، فونداسیون، کنترل، کابل‌کشی و سرمایه‌گذاری اولیه.
۴. هزینه تعمیر و نگهداری در طول عمر پروژه
شامل سرویس و احتمال تعویض قطعات مکانیکی و کنترلی.
۵. ارزش برق در زمان‌های مختلف
اگر قیمت یا ارزش برق در ساعات مختلف متفاوت باشد، فقط مجموع تولید سالانه برای تصمیم‌گیری کافی نیست. پس از بررسی این داده‌ها می‌توان اثر هر گزینه بر LCOE، بازده سرمایه‌گذاری و ارزش کل انرژی تولیدشده را مقایسه کرد.
معیار اصلی، تولید بیشتر نیست؛ ارزش بیشتر است
ردیاب خورشیدی در ظاهر فناوری ساده‌ای است: پنل‌ها همراه با حرکت خورشید تغییر زاویه می‌دهند. اما تصمیم استفاده از آن فقط با مقایسه درصد افزایش تولید انجام نمی‌شود.
ردیاب می‌تواند انرژی سالانه بیشتری تولید کند و پروفایل تولید را در طول روز گسترش دهد، اما در مقابل هزینه اولیه، تجهیزات مکانیکی، تعمیر و نگهداری و پیچیدگی طراحی بیشتری دارد. برای تصمیم‌گیری باید داده‌های آب‌وهوایی سایت، تولید پیش‌بینی‌شده، هزینه پروژه، هزینه نگهداری و ارزش برق در ساعات مختلف کنار یکدیگر قرار گیرند.
بنابراین سؤال اصلی این نیست: «Tracker چند درصد تولید را افزایش می‌دهد؟»
سؤال درست این است: «آیا ارزش انرژی اضافی تولیدشده در طول عمر پروژه از هزینه و ریسک اضافی Tracker بیشتر است؟»
پاسخ این سؤال برای هر پروژه متفاوت است و باید بر اساس داده‌های واقعی همان سایت محاسبه شود.
منابع: