Solarni trackeri: Isplati li se konstrukcija koja okreće panele prema suncu?

Kada netko prvi put vidi solarnu farmu s redovima panela koji se tijekom dana polako okreću, prateći sunce od istoka prema zapadu, prirodno se postavlja pitanje - zašto onda svi paneli, uključujući one na obiteljskim krovovima, jednostavno ne rade na isti način? Ako pokretna konstrukcija može uhvatiti više sunca, zašto se ne koristi posvuda?

Odgovor leži u kompromisu između dodatne proizvodnje i dodatne složenosti, cijene te održavanja. Solarni trackeri, odnosno sustavi za praćenje sunca, stvarno povećavaju proizvodnju energije, ponekad i znatno, ali taj dobitak dolazi s nizom tehničkih i financijskih kompromisa koji ih čine smislenim rješenjem za neke situacije, a potpuno nepotrebnim, čak i kontraproduktivnim izborom za druge. U ovom članku objašnjavamo kako trackeri rade, koliko stvarno povećavaju proizvodnju te je li ova tehnologija nešto što bi prosječno hrvatsko kućanstvo trebalo razmatrati.

Zašto fiksni paneli gube dio potencijala

Kao što smo objasnili u vodiču Solarni paneli - kako sunce postaje struja?, u Hrvatskoj se solarni paneli standardno postavljaju prema jugu, s nagibom od 30 do 35 stupnjeva, jer takva kombinacija orijentacije i kuta daje najbolju prosječnu godišnju proizvodnju za fiksnu, nepomičnu konstrukciju.

Problem s fiksnom konstrukcijom jest što sunce tijekom dana neprestano mijenja svoj položaj na nebu, krećući se od istoka prema zapadu, a tijekom godine mijenja se i njegova visina iznad horizonta, od niske zimske putanje do visoke ljetne. Fiksni panel, postavljen pod jednim stalnim kutom, optimalno je okrenut prema suncu samo u jednom trenutku dana, obično oko podneva, dok je tijekom ranog jutra i kasnog poslijepodneva kut upada sunčevih zraka na panel znatno nepovoljniji, što znači manju proizvodnju u tim satima u odnosu na teoretski maksimum koji bi panel mogao ostvariti da je pratio sunce.

Solarni tracker rješava upravo taj problem. Umjesto da panel čeka da sunce prođe kroz njegov fiksni kut gledanja, konstrukcija se pomiče zajedno sa suncem, održavajući povoljniji kut upada zračenja tijekom veći dio dana, od jutra do večeri.

Kako rade solarni trackeri

Solarni tracker je motorizirana konstrukcija koja nosi panele i, uz pomoć električnih motora te senzora ili unaprijed programiranog algoritma sunčeve putanje, mijenja njihov položaj tijekom dana kako bi zadržala što povoljniji kut u odnosu na sunce. Sustav upravljanja obično koristi kombinaciju astronomskog izračuna, koji unaprijed zna točnu putanju sunca za svaki dan u godini na danoj lokaciji, i senzora svjetlosti koji finije prilagođavaju položaj ovisno o stvarnim uvjetima, primjerice u oblačnim danima.

Jednoosni trackeri - rotacija istok-zapad

Jednoosni tracker rotira panele oko jedne osi, obično orijentirane u smjeru sjever-jug, čime omogućuje da se paneli tijekom dana okreću od istoka prema zapadu, prateći dnevno kretanje sunca. Ova vrsta trackera ne mijenja kut nagiba panela prema visini sunca tijekom godine, već isključivo prati njegovo kretanje s lijeva na desno tijekom dana. Jednoosni sustavi su mehanički jednostavniji, jeftiniji i pouzdaniji od dvoosnih, pa su i znatno rašireniji u komercijalnoj primjeni.

Dvoosni trackeri - dodatno prilagođavanje visini sunca tijekom godine

Dvoosni tracker dodaje drugu os rotacije, koja omogućuje prilagodbu kuta nagiba panela ovisno o visini sunca iznad horizonta, koja se mijenja tijekom godine od niske zimske do visoke ljetne putanje. Ovakav sustav teoretski može održavati gotovo savršeno okomit kut upada sunčevih zraka na panel tijekom cijele godine, što donosi dodatni, iako relativno skroman, dobitak u proizvodnji u odnosu na jednoosni sustav. Cijena i mehanička složenost dvoosnog trackera znatno su veće, pa se ova vrsta uglavnom koristi kod specijaliziranih, manjih instalacija gdje je maksimalna proizvodnja po kvadratnom metru prioritet iznad cijene.

Koliko stvarno povećavaju proizvodnju

Stvarni dobitak u proizvodnji ovisi o vrsti trackera, geografskoj lokaciji i godišnjem dobu, ali postoje realni rasponi koje vrijedi poznavati prije donošenja bilo kakve odluke.

Jednoosni trackeri u pravilu povećavaju godišnju proizvodnju za otprilike 15 do 25 posto u odnosu na identičan sustav na fiksnoj konstrukciji, dok dvoosni trackeri mogu dosegnuti povećanje od 25 do 35 posto, ovisno o lokaciji i kvaliteti sustava upravljanja. Dobitak nije jednoliko raspoređen tijekom dana - najizraženiji je upravo u ranim jutarnjim i kasnim poslijepodnevnim satima, kada fiksni panel prima sunčeve zrake pod vrlo nepovoljnim kutom, dok tracker u tim istim satima nastavlja pratiti sunce i zadržava znatno povoljniji kut upada.

Oko podneva, kada je sunce na svojoj najvišoj točki i gotovo okomito iznad ispravno orijentiranog fiksnog panela, razlika u proizvodnji između fiksnog sustava i trackera znatno se smanjuje, jer fiksni panel u tom trenutku radi blizu svog vlastitog optimuma. Zbog toga se ukupan godišnji dobitak trackera može promatrati kao rezultat "produljivanja" razdoblja tijekom dana kada panel radi blizu svog maksimuma, umjesto kratkog vrhunca oko podneva praćenog postupnim padom prema jutru i večeri.

Gdje se trackeri koriste - velika postrojenja naspram kućnih instalacija

Trackeri su danas standardna, gotovo uobičajena tehnologija na velikim, komercijalnim solarnim elektranama izgrađenim na tlu, dok su na obiteljskim krovovima iznimno rijetki, gotovo egzotični. Razlog te razlike leži u temeljnoj tehničkoj razlici između ta dva tipa instalacija.

Velika solarna postrojenja grade se na otvorenom zemljištu, gdje ima dovoljno prostora za razmještaj redova trackera s odgovarajućim razmakom, potrebnim da jedan red ne baca sjenu na susjedni kada se paneli okreću prema jutarnjem ili večernjem suncu. Konstrukcija trackera pričvršćuje se izravno u temelje ukopane u tlo, što omogućuje robusnu, stabilnu montažu motora i mehanizma za rotaciju.

Krov obiteljske kuće, s druge strane, jednostavno ne pruža ni prostor ni tehničke preduvjete za ovakvu konstrukciju. Krovna ploha je fiksna, ograničene površine, a ugradnja pokretnih dijelova na krovnu konstrukciju nosi dodatne rizike vezane uz nosivost krova, vodonepropusnost oko pokretnih spojeva te održavanje na teško dostupnoj visini. Zbog toga se solarni trackeri za stambenu upotrebu, ako se uopće koriste, u praksi postavljaju kao samostojeće konstrukcije u dvorištu ili na okućnici, slično kao i solarna nadstrešnica, ali s dodatnom mehanikom za rotaciju.

Cijena, održavanje i dodatni rizici

Solarni tracker predstavlja znatno veću investiciju od klasične fiksne konstrukcije, ne samo zbog cijene samih motora i sustava upravljanja, već i zbog robusnijih temelja potrebnih da izdrže dinamičko opterećenje pokretne konstrukcije. Jednoosni sustavi u pravilu povećavaju ukupnu cijenu instalacije za otprilike 15 do 25 posto u odnosu na fiksnu konstrukciju iste snage, dok dvoosni sustavi mogu podići cijenu i za 30 do 50 posto, ovisno o proizvođaču i veličini sustava.

Osim više početne cijene, tracker nosi i dodatne dugoročne rizike koje fiksna konstrukcija jednostavno nema. Motori, ležajevi i mehanizmi za rotaciju su pokretni dijelovi izloženi mehaničkom trošenju, vlazi i temperaturnim promjenama, što znači dodatnu točku mogućeg kvara u sustavu koji inače, kod fiksnih panela, gotovo da i nema pokretnih dijelova za održavanje. Sam pogon motora također troši određenu, iako relativno malu, količinu električne energije, koju je potrebno oduzeti od ukupnog dobitka u proizvodnji kako bi se dobila realna slika neto koristi.

Poseban izazov predstavlja otpornost na vjetar. Fiksna konstrukcija panela, čvrsto pričvršćena pod stalnim kutom, ima predvidljivo, dobro poznato aerodinamičko ponašanje pri jakom vjetru. Pokretna konstrukcija trackera mora imati ugrađen dodatni sigurnosni mehanizam koji je pri jakom vjetru automatski vraća u vodoravni, najotporniji položaj, kako ne bi došlo do oštećenja motora ili same konstrukcije. Ova dodatna sigurnosna funkcija povećava složenost sustava upravljanja i predstavlja još jednu komponentu o kojoj treba voditi računa tijekom vijeka trajanja elektrane.

Isplati li se tracker za hrvatsko kućanstvo

Za prosječno hrvatsko kućanstvo koje razmatra solarnu elektranu na krovu obiteljske kuće, odgovor je u velikoj većini slučajeva - ne. Jednostavan razlog leži u usporedbi dvije alternative za postizanje veće proizvodnje: ugradnja trackera koji povećava proizvodnju postojećeg broja panela za 15 do 30 posto, uz znatno višu cijenu i dodatni rizik kvara, naspram jednostavnog dodavanja još jednog ili dva panela na fiksnu konstrukciju, čime se postiže usporediv ili čak veći dobitak u proizvodnji uz nižu cijenu i bez ikakvih pokretnih dijelova.

Za većinu krovnih instalacija, gdje prostor za dodatne panele još uvijek postoji, širenje fiksnog sustava gotovo je uvijek financijski razumnija odluka od ugradnje trackera. Tracker počinje imati smisla tek u specifičnim situacijama gdje jednostavno dodavanje panela nije opcija, primjerice kod ograničene raspoložive površine zemljišta na kojoj se želi postići maksimalna moguća proizvodnja, ili kod komercijalnih i poljoprivrednih projekata gdje se trackeri kombiniraju s drugom namjenom zemljišta.

Upravo je poljoprivreda jedan od konteksta u kojem trackeri dobivaju dodatni smisao. Kao što smo pisali u članku Agrosolari - Kako paneli štite nasade i štede vodu u poljoprivredi?, agrosunčani sustavi postavljaju panele iznad nasada na visokim konstrukcijama koje omogućuju prolazak mehanizacije. U takvim projektima, tracker koji dodatno okreće panele može istovremeno poboljšati i proizvodnju energije i preciznije upravljati sjenom koja pada na usjeve ispod, čime se otvara mogućnost boljeg balansiranja između potreba biljaka za suncem i potrebe za energijom, što kod jednostavne fiksne konstrukcije nije moguće postići.

Napredna tehnologija za specifične situacije

Solarni trackeri nedvojbeno povećavaju proizvodnju energije, u nekim slučajevima i vrlo značajno, ali ta prednost dolazi s cijenom, dodatnom mehaničkom složenošću i rizicima koje fiksna konstrukcija jednostavno nema. Za veliku većinu obiteljskih kuća u Hrvatskoj, gdje krov ima dovoljno prostora za potreban broj panela, jednostavnije i jeftinije je postići istu ili veću proizvodnju dodavanjem panela na fiksnu konstrukciju, nego ulaganjem u pokretni sustav praćenja sunca.

Trackeri ostaju tehnologija koja najviše opravdava svoju cijenu na velikim, komercijalnim solarnim postrojenjima izgrađenim na otvorenom zemljištu, gdje se dodatnih 15 do 35 posto proizvodnje po jedinici instalirane snage izravno pretače u veći prihod razmjeran veličini investicije, te u specijaliziranim primjenama poput agrosolara, gdje pokretna konstrukcija donosi dodatnu vrijednost izvan same proizvodnje struje. Za prosječno hrvatsko kućanstvo, ipak, jednostavniji fiksni sustav i dalje ostaje pametniji, pouzdaniji i isplativiji izbor.