دنبال‌کننده خورشیدی یا ترکر خورشیدی (solar tracker) وسیله‌ای است که باری را به سمت خورشید می‌چرخاند که این بار می‌تواند پنل فتوولتاییک (photovoltaic panels)، آینه (reflectors)، لنز و یا وسایل نوری دیگر باشد.
برای استفاده در فتوولتاییک یا PV با صفحه مسطح، ترکرهایی به کار می‌روند که زاویه برخورد (angle of incidence) بین نور ورودی خورشید و پنل فتوولتاییک را به حداقل می‌رسانند و مقدار انرژی تولید شده از مقدار مشخص ظرفیت نصب شده را افزایش می‌دهند. تخمین زده می‌شود که بین سال‌های 2009 تا 2012، ترکرها در حداقل 85 درصد از دستگاه‌های فتوولتاییک تجاری نصب شده بزرگ‌تر از 1 مگاوات به کار رفته‌اند.
در کاربردهای فتوولتاییک تمرکزی (concentrated photovoltaic) یا CPV و گرمایی تمرکزی خورشیدی (concentrated solar thermal) یا CSP، ترکرها برای فعال‌سازی اجزای اپتیکی به کار برده می‌شوند. در کاربردهای تمرکزی خورشیدی، وسیله اپتیکی باید مولفه مستقیم نور خورشید را بذیرد و بنابراین باید چرخش خوبی داشته باشد تا انرژی را جمع‌آوری کند. سیستم‌های ترکینگ در تمام متمرکز‌کننده‌ها وجود دارند زیرا این سیستم‌ها انرژی تولید نمی‌کنند مگر این که رو به خورشید قرار گیرند.
سطح جمع‌آوری موثر یک پنل مسطح خورشیدی با کسینوس زاویه ناراستایی پنل با خورشید تغییر می‌کند. نور خورشید دارای دو بخش است، تابش مستقیم که حدود 90 درصد از انرژی خورشید را با خود حمل می‌کند و نور خورشید پخش شده (diffuse sunlight) که باقی مانده انرژی را حمل می‌کند؛ این نسبت برای بخش پخش شده در آسمان آبی روزهای آفتابی است و نسبت آن در روزهای ابری بیش‌تر می‌شود. از آن‌جایی که بیش‌تر انرژی در تابش مستقیم است، حداکثر کردن جمع‌آوری نیازمند این است که خورشید تا جایی که ممکن است توسط پنل‌ها دیده شود.
انرژی که توسط تابش مستقیم به دست می‌آید با کسینوس زاویه بین نور ورودی و پنل افت می‌کند. علاوه بر آن، میزان بازتابندگی (reflectance)، برای زاویه‌های برخورد تا حدود 50 درجه ثابت است و بالاتر از آن بازتابندگی به سرعت افت می‌کند.
(1) lost = 1 - cos i
(2) ساعت‌های چرخش از زمانی (همانند ظهر) که کلکتور به صورت دقیق تنظیم شده است.
(3) بزرگ‌تر به دلیل بیش‌تر شدن میزان بازتابندگی در زوایای برخورد بزرگ.
(4) حداکثر تغییر فصلی (در انقلاب تابستانی یا زمستانی) در مقایسه با تنظیم دقیق در زمان اعتدال.
مساحت موثر جمع‌آوری یک پنل خورشیدی تخت با کسینوس زاویه ناهمراستایی با خورشید تغییر می‌کند
به عنوان مثال ترکرهایی که دقت آن‌ها°5± است می‌توانند بیش از 99.6 درصد از انرژی که به وسیله تابش مستقیم آورده شده است به علاوه 100 درصد از نور پخش شده را تحویل بگیرند. در نتیجه معمولا در کاربردهای غیر از PVهای تمرکزی، ترکینگ با دقت بسیار بالا مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.
خورشید در هر روز یک مسیر 360 درجه‌ای از شرق به غرب حرکت می‌کند ولی از منظر بیننده در یک مکان ثابت، بخش قابل مشاهده آن 180 درجه است که در طول یک دوره زمانی حدود نیم روزه که در بهار و تابستان بیش‌تر و در پاییز و زمستان کم‌تر خواهد بود، دیده می‌شود. افق محلی نیز باعث کاهش این مقدار می‌شود و مقدار موثر حرکت را تا حدود 150 درجه کاهش می‌دهد. یک پنل خورشیدی در یک زاویه ثابت بین طلوع و غروب خورشید، در هر طرف 75 درجه را می‌تواند ببیند و مطابق با جدول بالا، 75 درصد انرژی صبح و عصر را از دست می‌دهد. چرخاندن پنل‌ها به سمت شرق و غرب می‌تواند به گرفتن این تلفات کمک کند. ترکری که چرخش آن در راستای شرق به غرب باشد، به عنوان ترکر تک محوره (single-axis tracker) شناخته می‌شود.
همچنین خورشید در طول یک سال 46 درجه بین شمال و جنوب حرکت می‌کند. اگر همان مجموعه پنل‌ها در نقطه میانی بین این دو حد قرار بگیرند، حرکت خورشید را در هر طرف 23 درجه مشاهده می‌کنند که باعث اتلاف 8.3 درصدی می‌شود. ترکری که دارای حرکت‌های روزانه و سالانه باشد به ترکر دو محوره (dual-axis tracker) شناخته می‌شود. به صورت کلی، تلفات مربوط به تغییر زاویه فصلی با تغییر در طول روز همزمان می‌شود و باعث بیش‌تر شدن جمع‌آوری در تابستان می‌شود. با توجه به این که میزان جمع‌آوری در تابستان بیش‌تر است، اگر پنل‌ها به زاویه میانگین در تابستان نزدیک‌تر باشند، تلفات مجموع سالانه آن نسبت به سیستمی که در زاویه انقلاب پاییزی/بهاری (برابر با عرض جغرافیایی سایت) تنظیم شده است کاهش می‌یابد.
در صنعت بحث زیادی وجود دارد که چرا این اختلاف کوچک در جمع‌آوری سالانه بین ترکرهای تک محوره و دو محوره باعث استفاده از ترکرهای دو محوره پیچیده‌تر در تمام دنیا شده است. یک بازنگری که اخیرا در مورد آمار تولید واقعی در یکی از سایت‌ها انجام شده است، تعیین کرده است که اختلاف کلی حدود 4 درصد است که بسیار کم‌تر از هزینه‌های افزوده شده در سیستم‌های دو محوره است. با مقایسه با بهبود 24 تا 32 درصدی که بین آرایه‌های ثابت و ترکرهای تک محوره وجود دارد، این مقدار افزایش نامطلوب است.
انواع کلکتورهای خورشیدی
انواع مختلف کلکتورهای خورشیدی و مکان آن‌ها (عرض جغرافیایی) نیازمند انواع مختلفی از مکانیزم‌های ترکینگ می‌باشد. کلکتورهای خورشیدی می‌توانند دارای انواع زیر باشند:
نصب ثابت
پنل‌های فتوولتاییک و آب گرم خانگی و تجاری کوچک معمولا ثابت هستند و اغلب به صورت هم‌تراز بر روی یک سقف با زاویه مناسب نصب می‌شوند. مزایای سیستم‌های با نصب ثابت که باعث تفاوت آن‌ها از سیستم‌های ترکر می‌شود شامل موارد زیر می‌شود:
نصب ثابت معمولا بر روی سیستم‌های غیر تمرکزی انجام می‌شود، البته یک کلاس مهم از کلکتورهای غیر دنبال‌کننده تمرکزی که در کشورهای جهان سوم دارای اهمیت زیادی هستند، اجاق‌های پرتابل خورشیدی هستند که سطح تمرکز آن‌ها پایین و معمولا در حدود 2 تا 8 خورشید است و به صورت دستی تنظیم می‌شوند.
نصب ثابت در مقابل ترکینگ
نصب زمینی شناور
می‌توان ترکرهای خورشیدی را بر روی یک فونداسیون شناور قرار داد. به جای قرار دادن ترکر بر روی فونداسیون بتونی، ترکر را بر روی یک کفه از گراول قرار می‌دهند که می‌تواند از مواد مختلفی همانند شن یا سنگ ریزه پر شده باشد و ترکر را بر روی زمین حفظ نماید. این ترکرهای شناور همانند ترکرهای با نصب ثابت می‌توانند در مقابل بارهای ناشی از باد مقاومت کنند. استفاده از ترکرهای شناور می‌تواند در بسیاری از سایت‌های بالقوه مورد استفاده قرار گیرد زیرا بر روی محل‌های سرپوشیده امحای زباله یا مناطقی که فونداسیون‌ریزی امکان‌پذیر نیست قابلیت نصب دارد.
ترکرها
اگرچه یک پنل تخت ثابت می‌تواند به صورتی تنظیم شود که بخش زیادی از انرژی را در هنگام ظهر جمع‌آوری کند، توان زیادی نیز در صبح زود و آخر عصر نیز وجود دارد که در آن زمان، ناهمراستایی پنل ثابت آن‌قدر زیاد می‌شود که بخش زیادی از این انرژی را نمی‌توان جمع‌آوری کرد. به عنوان مثال حتی زمانی که خورشید 10° بالای افق است، انرژی موجود می‌تواند حدود نصف سطح انرژی در هنگام ظهر باشد که این مقدار بر حسب عرض جغرافیایی، فصل و شرایط جوی می‌تواند بیش‌تر نیز باشد.
به همین سبب مزیت اولیه سیستم ترکینگ این است که می‌تواند انرژی را در طولانی‌ترین زمان روز جمع‌آوری کند. علاوه بر آن هرچه میزان تمرکز بیش‌تر باشد، میزان دقت مورد نیاز برای ترکینگ بیش‌تر خواهد بود زیرا نسبت انرژی استخراج شده از تابش مستقیم بیش‌تر و ناحیه‌ای که انرژی بر روی آن تمرکز می‌یابد کوچک‌تر می‌شود.
کلکتور ثابت/آینه متحرک
بسیاری از کلکتورها نمی‌توانند حرکت کنند، مانند کلکتورهای دما بالا که در آن انرژی در مایع یا گاز داغی همانند بخار بازیافت می‌شود. مثال‌های دیگر شامل حرارت و روشنایی مستقیم ساختمان‌ها و اجاق‌های خورشیدی ثابت می‌باشد. در این موارد، لازم است که از آینه‌های متحرک به صورتی استفاده نماییم که بدون توجه به محل خورشید در آسمان، اشعه خورشید به کلکتور بازتاب کند.
به دلیل پیچیدگی در حرکت خورشید در آسمان، سطح دقت مورد نیاز برای هدف‌گیری درست اشعه خورشید به هدف، آینه هلیوستات (heliostat) معمولا از یک سیستم ترکینگ دو محوره با حداقل یک محور مکانیزه استفاده می‌کند. در کاربردهای مختلف، آینه‌ها می‌توانند تخت و یا مقعر باشند.
کلکتور متحرک
ترکرها را می‌توان بر حسب تعداد و جهت محورهای ترکر دسته‌بندی کرد. در مقایسه با نصب ثابت، یک ترکر تک‌محوره دارای خروجی سالانه حدود 30 درصد بیش‌تر و یک ترکر دو محوره دارای 36 درصد بیش‌تر است.
ترکرهای فتو ولتاییک را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: ترکرهای فتو ولتاییک (PV) استاندارد و ترکرهای فتو ولتاییک تمرکزی (CPV). هر کدام از این انواع ترکر می‌توانند بر حسب تعداد چرخش محورها، ساختار محرک و نوع درایو، کاربرد مد نظر، ساپورت عمودی و فونداسیون دارای تقسیم‌بندی‌های بیش‌تری باشند.
ترکرهای فتو ولتاییک غیر تمرکزی (PV)
پنل‌های فتوولتاییک نورهای مستقیم و پخش‌شده را از آسمان دریافت می‌کنند. پنل‌های روی ترکرهای استاندارد فتوولتاییک همیشه نور مستقیم موجود را جذب می‌کنند. از قابلیت‌های ترکینگ در ترکرهای استاندارد فتوولتاییک برای کاهش زاویه برخورد بین نور ورودی و پنل فتوولتاییک استفاده می‌شود که باعث افزایش میزان انرژی جذب شده از مولفه مستقیم نور خورشید ورودی می‌گردد.
ترکرهای فتو ولتاییک تمرکزی (CPV)
ساختار ماژول‌های CPV به صورتی است که مولفه مستقیم نور ورودی را می‌گیرد و به همین دلیل باید به صورت مناسب دارای چرخش باشد تا انرژی جمع‌آوری شده را به حداکثر برساند. در کاربردهای با تمرکز پایین، بخشی از نور پخش شده نیز می‌تواند از آسمان جمع شود. عمل‌کرد ترکینگ در ماژول‌های CPV برای چرخاندن وسایل نوری به صورتی است که نور ورودی بر روی یک کلکتور فتو ولتاییک تمرکز یابد.
الزامات دقت
فیزیک پشت اپتیک‌های CPV بیان‌گر این است که هرچه نسبت تمرکز بیش‌تر شود، دقت ترکینگ نیز بالا رود. در سیستم‌های معمول با تمرکز بالا، دقت ترکینگ باید در بازه °0.1± باشد تا بتواند حدود 90٪ توان نامی خروجی را تحویل دهد. در سیستم‌های با تمرکز پایین، دقت ترکینگ باید در بازه °2.0± باشد تا 90٪ توان نامی خروجی را تحویل دهد. در نتیجه، استفاده از سیستم‌های ترکینگ با دقت بالا معمول است.
ترکرهای تک محوره
ترکرهای تک‌محوره (single axis trackers) دارای یک درجه آزادی هستند که به صورت محور چرخش عمل می‌کند. محور چرخش ترکرهای تک محوره معمولا در راستای یک نصف‌النهار واقعی به سمت شمال تنظیم می‌شود ولی این امکان وجود دارد که آن را در هر یک از راستاهای اصلی تنظیم و از الگوریتم‌های پیش‌رفته ترکینگ استفاده کنیم.
انواع مختلف پیاده‌سازی ترکرهای تک محوره وجود دارد که شامل ترکرهای تک محوره افقی (horizontal single axis trackers) یا HSAT، ترکرهای تک محوره عمودی (vertical single axis trackers) یا VSAT، ترکرهای تک محوره مایل (tilted single axis trackers) یا TSAT و ترکرهای تک محوره با تنظیم قطبی (polar aligned single axis trackers) یا PASAT می‌باشد. جهت ماژول نسبت به محور ترکرها برای مدل‌سازی عمل‌کرد بسیار مهم می‌باشد.
ترکرهای تک محوره افقی (HSAT)
محور چرخش برای ترکر افقی تک محوره (horizontal single axis tracker)، نسبت به زمین افقی است. ستون‌ها در هر یک از دو انتهای محور چرخش می‌توانند بین ترکرها مشترک باشند تا هزینه نصب کاهش یابد.
جانمایی میدانی برای ترکرهای تک محوره افقی بسیار انعطاف‌پذیر است. هندسه ساده آن باعث می‌شود که با نگه داشتن تمام محورهای چرخش به شکل موازی با هم بتوان مکان ترکرها را نسبت به یکدیگر تعیین کرد.
جاگیری مناسب می‌تواند نسبت تولید انرژی را به هزینه‌ها کاهش دهد که تولید انرژی وابسته به عوارض محلی زمین و شرایط سایه و ساعت روز می‌باشد.
در ترکرهای افقی تک محوره، یک لوله افقی بلند به وسیله بیرینگ بر روی ستون‌ها یا چارچوب‌ها نصب می‌شود. محور تیوب بر روی خط شمال-جنوب قرار دارد. پنل‌ها بر روی تیوب نصب می‌شوند و تیوب بر روی محور خود می‌چرخد تا حرکت ظاهری خورشید را در طول روز دنبال کند.
ترکرهای تک محوره عمودی (VSAT)
محور چرخش ترکرهای تک محوره عمودی (vertical single axis trackers) نسبت به زمین عمودی است. این ترکرها در طول روز از شرق به غرب می‌چرخند. کارایی این ترکرها در عرض‌های جغرافیایی بالا نسبت به ترکرهای با محور افقی بیش‌تر است.
در جانمایی میدانی باید مساله سایه افتادن در نظر گرفته شود تا با جلوگیری از تلفات انرژی غیر لازم، استفاده از زمین بهینه شود. همچنین به دلیل طبیعت ایجاد سایه در طول سال، چیدمان بهینه فشرده ممکن نیست.
ترکرهای تک محوره مایل (TSAT)
تمام ترکرهایی که دارای محور چرخش بین افقی و عمودی هستند، جزو ترکرهای با محور مایل (tilted single axis trackers) هستند. زاویه تمایل ترکر اغلب به صورتی محدود می‌شود که پروفایل باد را محدود کند و ارتفاع انتهای آن را کاهش دهد.
در جانمایی میدانی باید ایجاد سایه در نظر گرفته شود تا از تلفات غیر ضروری جلوگیری کند و استفاده از آن بهینه شود. البته فشرده سازی در راستای موازی با محورهای چرخش به وسیله زاویه تمایل و عرض جغرافیایی محدود می‌شود.
در ترکرهای تک محوره مایل، وجه ماژول به صورت موازی با محور چرخش می‌چرخد.
ترکرهای تک محوره با تنظیم قطبی (PASAT)
ترکرهای تک محوره با تنظیم قطبی (polar aligned single axis trackers) کاملا مشهور هستند زیرا از روش استاندارد برای نصب سازه ساپورت تلسکوپ‌ها استفاده می‌کنند. محور چرخش مایل به سمت ستاره قطبی تنظیم می‌شود که در این صورت، زاویه تمایل با عرض جغرافیایی برابر است. این کار محور چرخش ترکر را با محور چرخش زمین تنظیم می‌کند.
ترکرهای دو محوره (dual axis trackers)
ترکرهای دو محوره دارای دو درجه آزادی شامل محورهای چرخش هستند. این محورها معمولا به یکدیگر عمود هستند. محوری که نسبت به زمین ثابت است می‌تواند به عنوان محور اولیه در نظر گرفته شود. محوری که مرجع آن محور اولیه است می‌تواند به عنوان محور ثانویه در نظر گرفته شود.
روش‌های مختلفی برای پیاده‌سازی ترکرهای دو محوره وجود دارد که بر حسب جهت چرخش محور اولیه آن‌ها نسبت به زمین دسته‌بندی می‌شوند. دو نوع روش پیاده‌سازی معمول شامل ترکرهای دو محوره نوک-مایل یا تیپ-تیلت (tip-tilt dual axis trackers) یا TTDAT و ترکرهای دو محوره آزیموت-ارتفاعی (azimuth-altitude dual axis trackers) یا AADAT می‌باشد.
چرخش ماژول نسبت به محور ترکر در مدل‌سازی عمل‌کرد مهم می‌باشد. ترکرهای دو محوره معمولا دارای ماژول‌هایی هستند که موازی محور دوم چرخش می‌چرخد.
ترکرهای دو محوره به دلیل توانایی در دنبال کردن خورشید به صورت عمودی و افقی، امکان استفاده از سطوح بهینه انرژی خورشید را فراهم می‌کنند. مهم نیست که خورشید در کجای آسمان قرار دارد، ترکرهای دو محوره می‌توانند خود را دقیقا در مقابل خورشید قرار دهند.
ترکرهای نوک-مایل در مقابل آزیموت-ارتفاعی
ترکرهای دو محوره نوک-مایل (TTDAT)
ترکرهای دو محوره نوک-مایل یا تیپ-تیلت (tip-tilt dual axis tracker) به این دلیل دارای این نام هستند که آرایه پنل‌ها بر بالای یک ستون قرار دارند. معمولا حرکت شرق-غرب به وسیله چرخش آرایه بر بالای ستون انجام می‌شود. بر بالای بیرینگ گردان، یک مکانیزم به شکل T یا H است که حرکت عمودی پنل‌ها و نقطه اتکای اصلی آرایه را فراهم می‌کند. ستون‌های طرف محور چرخش اولیه یک ترکر دو محوره تیپ-تیلت می‌توانند بین ترکرهای مختلف مشترک باشند تا هزینه‌های نصب را کاهش دهند.
انواع دیگر ترکرهای TTDAT دارای محور اولیه افقی و یک محور وابسته مایل هستند. محور آزیموتی عمودی ثابت است. این کار امکان انعطاف‌پذیری و کارایی بالا در اتصال تجهیزات به زمین را فراهم می‌کند زیرا در اطراف ستون‌ها هیچ کابل‌کشی پیچشی ایجاد نمی‌شود.
جانمایی میدانی برای ترکرهای دو محوره تیپ-تیلت بسیار انعطاف‌پذیر است. هندسه ساده به معنی این است که نگه داشتن محورهای چرخش به صورت موازی با یکدیگر تمام چیزی است که برای مکان‌یابی ترکرها نسبت به هم باید انجام داد. معمولا ترکرها با دانسیته نسبتا پایین قرار داده می‌شوند تا در زمانی که خورشید در آسمان پایین است، از سایه‌اندازی ترکرها بر روی هم جلوگیری شود. ترکرهای تیپ-تیلت می‌توانند با تمایل بیش‌تر نسبت به افق، مشکل سایه را به حداقل و توان کلی جمع آوری را به حداکثر برسانند.
معمولا محور چرخش بسیاری از ترکرهای دو محوره تیپ-تیلت در راستای نصف‌النهار واقعی شمالی و یا بر روی مدار شرقی غربی تنظیم می‌شود.
با وجود قابلیت‌های بالای آرایش تیپ-تیلت و کنترل کاملا اتوماتیک مناسب برای ترکینگ، می‌توان از پلتفورم‌های پرتابل استفاده کرد. جهت قرارگیری ترکر اهمیتی ندارد و می‌تواند به صورت دلخواه قرار داده شود.
ترکر دو محوره آزیموت-ارتفاعی (AADAT)
یک ترکر دو محوره آزیموت- ارتفاعی (azimuth-altitude dual axis tracker) دارای محور اولیه در راستای عمود بر زمین و محور ثانویه آن عمود بر محور اولیه است و عمل‌کرد آن‌ها همانند سیستم‌های تیپ-تیلت و تفاوت آن‌ها در روشی است که آرایه در ترکینگ روزانه می‌چرخد. به جای چرخاندن آرایه حول بالای ستون، سیستم‌های AADAT معمولا از یک حلقه بزرگ که بر روی زمین نصب شده استفاده می‌کند به صورتی که آرایه‌ها بر روی تعدادی غلتک نصب می‌شوند. مزیت اصلی این آرایش این است که وزن آرایه روی یک بخش از رینگ توزیع می‌شود؛ در حالی که در TTDAT یک تک نقطه بارگذاری بر روی ستون وجود دارد. این کار به AADAT امکان این را می‌دهد که آرایه‌های بسیار بزرگ‌تری را حمل کند. البته بر خلاف TTDAT، ترکرهای سیستم AADAT نمی‌توانند در فاصله نزدیک‌تر از قطر حلقه نسبت به هم قرار داده شوند که این باعث کاهش دانسیته سیستم می‌شود، مخصوصا اگر سایه‌افکنی داخلی ترکر را نیز در نظر بگیریم.
انتخاب نوع ترکر
انتخاب نوع ترکر بستگی با فاکتورهای زیادی دارد از جمله سایز نصب شده، نرخ برق، مشوق‌های دولتی، محدودیت زمین، عرض جغرافیایی و آب و هوای محلی.
ترکرهای تک محوره افقی معمولا در پروژه‌های بزرگ تولید پراکنده مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیب بین بهبود انرژی و هزینه کم‌تر محصول و پیچیدگی کم‌تر نصب، باعث اقتصادی شدن آن در سایت‌های بزرگ می‌شود. علاوه بر آن کارایی بالا در بعد از ظهر برای سیستم‌های فتوولتاییک شبکه‌ای بزرگ بسیار مطلوب است و بنابراین میزان تولید با زمان پیک مصرف هماهنگ است. ترکرهای افقی تک محوره همچنین بهره‌وری زیادی در فصل‌های بهار و تابستان دارند که در آن خورشید در بالای آسمان است. طبیعت پایدار سازه ساپورت آن‌ها و سادگی در مکانیزم نیز باعث قابلیت اعتماد بالا و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود. از آن‌جایی که پنل‌ها افقی هستند، می‌توانند بر روی محور تیوب به صورت فشرده قرار بگیرند بدون این که خطر سایه‌افکنی بر خود و دسترسی برای تمیز‌کاری ایجاد کنند.
ترکر با محور عمودی تنها حول محور عمودی می‌چرخد و پنل‌های آن به صورت عمودی و به صورت ساده یا قابل تنظیم هستند و یا دارای زاویه عمودی قابل ترک شدن هستند. این ترکرها با زاویه‌های ثابت و یا قابل تنظیم فصلی برای عرض‌های جغرافیایی بالا که در آن مسیر نمایان خورشید چندان بالا نیست ولی منجر به روزهای طولانی در تابستان می‌شود و خورشید بر روی یک کمان بلند حرکت می‌کند، مناسب هستند.
ترکرهای دو محوره معمولا در کاربردهای خانگی و مکان‌هایی که تعرفه برق بالا است به کار می‌روند.
فتو ولتاییک‌های تمرکزی چند آینه‌ای
فتوولتاییک‌های تمرکزی چند آینه‌ای (multi-mirror concentrating PV) از آینه‌های مختلفی که در سطح افقی قرار دارند برای بازتاب نور خورشید به سمت بالا به یک فتوولتاییک دما بالا و یا سیستم دیگری که نیاز به توان خورشیدی متمرکز دارد استفاده می‌کند. از آن‌جایی که آینه‌ها چندان در معرض بار باد نیستند، مسایل سازه‌ای و قیمت آن‌ها به شدت کم می‌شود. با استفاده از مکانیزم‌های مخصوصی، تنها به دو سیستم درایو برای هر وسیله نیاز است.
انواع درایو
ترکر اکتیو (active tracker)
در ترکرهای اکتیو، برای هدایت ترکر از موتور و گیربکس به صورتی استفاده می‌شود که توسط یک کنترلر به راستای خورشید پاسخ می‌دهد.
برای کنترل و مدیریت حرکت این سازه‌های عظیم، درایوهای گردشی (slewing drives) مخصوص طراحی و با دقت زیاد تست می‌شوند. تکنولوژی‌های مورد استفاده برای هدایت ترکر، پیوسته در حال تکامل هستند و پیشرفت‌های جدید منجر به استفاده از طناب‌های سیمی و زنجیر به جای برخی از قطعات گران‌تر شده است.
Slewing Drive
معمولا ترکرهای حس‌کننده نور دارای دو یا چند سنسور نوری (photosensors) هستند که به صورت دیفرانسیلی به صورتی آرایش داده می‌شوند که در زمانی که شار برابر دریافت کنند، خروجی آن صفر خواهد بود. از نظر مکانیکی این سنسورها باید در جهت‌های مختلف با زاویه 90 درجه باشند. این روش در روشنایی خورشیدی اکتیو (active daylighting) کاربرد دارد.
از آن‌جایی که موتورها انرژی مصرف می‌کنند، سعی می‌کنیم که از آن‌ها تنها در زمان لزوم استفاده کنیم. بنابراین به جای حرکت پیوسته، درایو در قدم‌های گسسته حرکت می‌کند.
همچنین اگر نور پایین یک حد آستانه‌ای باشد، انرژی کافی تولید نمی‌شود تا بتوان چرخش را انجام داد. این مساله در زمانی که اختلاف کافی بین سطح نور در دو راستا وجود ندارد، همانند وقتی که ابرها از بالای سر می‌گذرند نیز برقرار است؛ بنابراین تدابیری باید در نظر گرفته شود تا از اتلاف انرژی توسط ترکر در زمان هوای ابری جلوگیری شود.
ترکر خنثی (passive tracker)
رایج‌ترین ترکرهای خنثی از یک سیال گازی با نقطه جوش پایین استفاده می‌کنند. در پاسخ به ایجاد عدم توازن فشار گاز ایجاد شده توسط حرارت خورشیدی، ترکر از یک سمت به سمت دیگر رانده می‌شود. از آن‌جایی که این چرخش دقیق نیست، ترکرهای خنثی برای انواع مشخصی از کلکتورهایفتوولتاییک تمرکزی مناسب نیستند ولی برای انواع پنل‌های PV معمولی خوب کار می‌کنند. این ترکرها دارای دمپرهای ویسکوز (viscous dampers) هستند که از حرکت اضافی ایجاد شده در اثر بادهای شدید جلوگیری کنند. سایه‌بان/بازتاب‌دهنده‌هایی برای بازتاب نور صبحگاهی خورشید قرار داده می‌شوند تا پنل را از خواب بیدار کنند و آن را به سمت خورشید متمایل کنند که این کار می‌تواند تا یک ساعت طول بکشد. می‌توان زمان انجام این کار با اضافه کردن بست‌های خود آزاد شونده کاهش داد؛ به صورتی که پنل را کمی پس از راس قرار می‌دهند تا سیال مجبور نباشد که بر گرانش غلبه کند. این بست‌ها را در زمان عصر نصب می‌کنند. یک فنر کشنده لقی از آزاد شدن بست در شرایط بادی شب جلوگیری می‌کند.
یک نوع ترکر فعال جدید برای پنل‌های خورشیدی فتوولتاییک از یک هلوگرام در پشت نوارهای سلول‌های فتوولتاییک استفاده می‌کند، به صورتی که نور خورشید از بخش شفاف ماژول می‌گذرد و بر روی هلوگرام بازتاب می‌شود. این کار به نور خورشید امکان این را می‌دهد که از پشت به سلول برخورد کند و در نتیجه کارایی ماژول را افزایش دهد. همچنین این پنل نیازی به حرکت ندارد زیرا هلوگرام همیشه نور خورشید را از زاویه مناسب به سمت سلول‌های بازتاب می‌کند.
ترکر کرونولوژیکال (chronological tracker)
ترکر کرونولوژیکال به وسیله چرخش با نرخ برابر با سرعت چرخش زمین و در جهت مخالف، با چرخش زمین مخالفت می‌کند. در واقع نرخ‌های حرکت با هم برابر نیست زیرا از آن‌جایی که زمین به دور خورشید می‌چرخد، مکان خورشید نسبت به زمین در هر سال برابر با°360 تغییر می‌کند. روش درایو می‌تواند در حد یک موتور گیربکس که به آرامی و با سرعت متوسط یک دور در روز (15 درجه در ساعت) می‌چرخد، ساده باشد. از نظر تئوری، با فرض این که فضای خالی کافی برای تکمیل چرخش وجود داشته باشد و فرض این که مشکل پیچش سیم‌ها وجود ندارد، ترکر می‌تواند کامل بچرخد؛ در غیر این صورت یک ری‌ست ساده در مکان پایینی می‌تواند در بین زمان‌های غروب و سحر انجام گیرد.
ترکینگ دستی (manual tracking)
در برخی از کشورهای در حال توسعه، به جای درایو‌ها، از اوپراتورهایی استفاده می‌کنند که ترکرها را تنظیم می‌کنند. این کار دارای مزیت پایداری، وجود کارکنان برای نگهداری و ایجاد اشتغال برای ساکنان نزدیک سایت می‌باشد.
معایب ترکرها
ترکرها هزینه و نگهداری بیش‌تری را به سیستم تحمیل می‌کنند. اگر 25٪ هزینه را اضافه کنند و خروجی را نیز 25٪ افزایش دهند، همان کارایی را می‌توان با بزرگ‌تر کردن سیستم به اندازه 25٪ انجام داد، بدون این که نگهداری آن زیاد شود.
خانه گردان
برای استفاده در فتوولتاییک یا PV با صفحه مسطح، ترکرهایی به کار می‌روند که زاویه برخورد (angle of incidence) بین نور ورودی خورشید و پنل فتوولتاییک را به حداقل می‌رسانند و مقدار انرژی تولید شده از مقدار مشخص ظرفیت نصب شده را افزایش می‌دهند. تخمین زده می‌شود که بین سال‌های 2009 تا 2012، ترکرها در حداقل 85 درصد از دستگاه‌های فتوولتاییک تجاری نصب شده بزرگ‌تر از 1 مگاوات به کار رفته‌اند.
در کاربردهای فتوولتاییک تمرکزی (concentrated photovoltaic) یا CPV و گرمایی تمرکزی خورشیدی (concentrated solar thermal) یا CSP، ترکرها برای فعال‌سازی اجزای اپتیکی به کار برده می‌شوند. در کاربردهای تمرکزی خورشیدی، وسیله اپتیکی باید مولفه مستقیم نور خورشید را بذیرد و بنابراین باید چرخش خوبی داشته باشد تا انرژی را جمع‌آوری کند. سیستم‌های ترکینگ در تمام متمرکز‌کننده‌ها وجود دارند زیرا این سیستم‌ها انرژی تولید نمی‌کنند مگر این که رو به خورشید قرار گیرند.
سطح جمع‌آوری موثر یک پنل مسطح خورشیدی با کسینوس زاویه ناراستایی پنل با خورشید تغییر می‌کند. نور خورشید دارای دو بخش است، تابش مستقیم که حدود 90 درصد از انرژی خورشید را با خود حمل می‌کند و نور خورشید پخش شده (diffuse sunlight) که باقی مانده انرژی را حمل می‌کند؛ این نسبت برای بخش پخش شده در آسمان آبی روزهای آفتابی است و نسبت آن در روزهای ابری بیش‌تر می‌شود. از آن‌جایی که بیش‌تر انرژی در تابش مستقیم است، حداکثر کردن جمع‌آوری نیازمند این است که خورشید تا جایی که ممکن است توسط پنل‌ها دیده شود.
انرژی که توسط تابش مستقیم به دست می‌آید با کسینوس زاویه بین نور ورودی و پنل افت می‌کند. علاوه بر آن، میزان بازتابندگی (reflectance)، برای زاویه‌های برخورد تا حدود 50 درجه ثابت است و بالاتر از آن بازتابندگی به سرعت افت می‌کند.
تلفات توان مستقیم به دلیل زاویه ناراستایی
| i | Lost [SUP]1[/SUP] | i | hours[SUP]2[/SUP] | Lost |
| 0° | 0% | 15° | 1 | 3.4% |
| 1° | 0.015% | 30° | 2 | 13.4% |
| 3° | 0.14% | 45° | 3 | 30% |
| 8° | 1% | 60° | 4 | >50%[SUP] 3[/SUP] |
| 23.4°[SUP] 4[/SUP] | 8.3% | 75° | 5 | >75%[SUP] 3[/SUP] |
(1) lost = 1 - cos i
(2) ساعت‌های چرخش از زمانی (همانند ظهر) که کلکتور به صورت دقیق تنظیم شده است.
(3) بزرگ‌تر به دلیل بیش‌تر شدن میزان بازتابندگی در زوایای برخورد بزرگ.
(4) حداکثر تغییر فصلی (در انقلاب تابستانی یا زمستانی) در مقایسه با تنظیم دقیق در زمان اعتدال.
مساحت موثر جمع‌آوری یک پنل خورشیدی تخت با کسینوس زاویه ناهمراستایی با خورشید تغییر می‌کند
خورشید در هر روز یک مسیر 360 درجه‌ای از شرق به غرب حرکت می‌کند ولی از منظر بیننده در یک مکان ثابت، بخش قابل مشاهده آن 180 درجه است که در طول یک دوره زمانی حدود نیم روزه که در بهار و تابستان بیش‌تر و در پاییز و زمستان کم‌تر خواهد بود، دیده می‌شود. افق محلی نیز باعث کاهش این مقدار می‌شود و مقدار موثر حرکت را تا حدود 150 درجه کاهش می‌دهد. یک پنل خورشیدی در یک زاویه ثابت بین طلوع و غروب خورشید، در هر طرف 75 درجه را می‌تواند ببیند و مطابق با جدول بالا، 75 درصد انرژی صبح و عصر را از دست می‌دهد. چرخاندن پنل‌ها به سمت شرق و غرب می‌تواند به گرفتن این تلفات کمک کند. ترکری که چرخش آن در راستای شرق به غرب باشد، به عنوان ترکر تک محوره (single-axis tracker) شناخته می‌شود.
همچنین خورشید در طول یک سال 46 درجه بین شمال و جنوب حرکت می‌کند. اگر همان مجموعه پنل‌ها در نقطه میانی بین این دو حد قرار بگیرند، حرکت خورشید را در هر طرف 23 درجه مشاهده می‌کنند که باعث اتلاف 8.3 درصدی می‌شود. ترکری که دارای حرکت‌های روزانه و سالانه باشد به ترکر دو محوره (dual-axis tracker) شناخته می‌شود. به صورت کلی، تلفات مربوط به تغییر زاویه فصلی با تغییر در طول روز همزمان می‌شود و باعث بیش‌تر شدن جمع‌آوری در تابستان می‌شود. با توجه به این که میزان جمع‌آوری در تابستان بیش‌تر است، اگر پنل‌ها به زاویه میانگین در تابستان نزدیک‌تر باشند، تلفات مجموع سالانه آن نسبت به سیستمی که در زاویه انقلاب پاییزی/بهاری (برابر با عرض جغرافیایی سایت) تنظیم شده است کاهش می‌یابد.
در صنعت بحث زیادی وجود دارد که چرا این اختلاف کوچک در جمع‌آوری سالانه بین ترکرهای تک محوره و دو محوره باعث استفاده از ترکرهای دو محوره پیچیده‌تر در تمام دنیا شده است. یک بازنگری که اخیرا در مورد آمار تولید واقعی در یکی از سایت‌ها انجام شده است، تعیین کرده است که اختلاف کلی حدود 4 درصد است که بسیار کم‌تر از هزینه‌های افزوده شده در سیستم‌های دو محوره است. با مقایسه با بهبود 24 تا 32 درصدی که بین آرایه‌های ثابت و ترکرهای تک محوره وجود دارد، این مقدار افزایش نامطلوب است.
انواع کلکتورهای خورشیدی
انواع مختلف کلکتورهای خورشیدی و مکان آن‌ها (عرض جغرافیایی) نیازمند انواع مختلفی از مکانیزم‌های ترکینگ می‌باشد. کلکتورهای خورشیدی می‌توانند دارای انواع زیر باشند:
- پنل‌های تخت غیر تمرکزی (non-concentrating flat-panels)، معمولا از نوع فتو ولتاییک (photovoltaic) یا آب گرم
- سیستم‌های تمرکزی از انواع مختلف
- کلکتور ثابت/آینه متحرک همانند هلیوستات (heliostat)
- کلکتور متحرک
نصب ثابت
پنل‌های فتوولتاییک و آب گرم خانگی و تجاری کوچک معمولا ثابت هستند و اغلب به صورت هم‌تراز بر روی یک سقف با زاویه مناسب نصب می‌شوند. مزایای سیستم‌های با نصب ثابت که باعث تفاوت آن‌ها از سیستم‌های ترکر می‌شود شامل موارد زیر می‌شود:
- سادگی مکانیکی و هزینه‌های نصب و نگهداری کم‌تر
- بار ناشی از باد: تمام روش‌های نصب غیر از نصب هم‌تراز ثابت باید دارای طراحی دقیقی باشند و بارگذاری ناشی از باد را که به علت بالا رفتن سطح در معرض باد می‌باشد در نظر بگیرند.
- نور غیر مستقیم: تقریبا 10 درصد از تابش برخوردی خورشید، نور غیر مستقیم است که در هر زاویه ناهمراستایی با خورشید موجود هستند.
- تلرانس ناهمراستایی: سطح جمع‌آوری موثر یک پنل تخت تا حد زیادی نسبت به ناهمراستایی با خورشید غیر حساس است؛ به عنوان مثال حتی °25 ناهمراستایی باعث کاهش در جمع‌آوری انرژی خورشیدی به میزان کم‌تر از 10 درصد می‌شود.
نصب ثابت معمولا بر روی سیستم‌های غیر تمرکزی انجام می‌شود، البته یک کلاس مهم از کلکتورهای غیر دنبال‌کننده تمرکزی که در کشورهای جهان سوم دارای اهمیت زیادی هستند، اجاق‌های پرتابل خورشیدی هستند که سطح تمرکز آن‌ها پایین و معمولا در حدود 2 تا 8 خورشید است و به صورت دستی تنظیم می‌شوند.
نصب ثابت در مقابل ترکینگ
نصب زمینی شناور
می‌توان ترکرهای خورشیدی را بر روی یک فونداسیون شناور قرار داد. به جای قرار دادن ترکر بر روی فونداسیون بتونی، ترکر را بر روی یک کفه از گراول قرار می‌دهند که می‌تواند از مواد مختلفی همانند شن یا سنگ ریزه پر شده باشد و ترکر را بر روی زمین حفظ نماید. این ترکرهای شناور همانند ترکرهای با نصب ثابت می‌توانند در مقابل بارهای ناشی از باد مقاومت کنند. استفاده از ترکرهای شناور می‌تواند در بسیاری از سایت‌های بالقوه مورد استفاده قرار گیرد زیرا بر روی محل‌های سرپوشیده امحای زباله یا مناطقی که فونداسیون‌ریزی امکان‌پذیر نیست قابلیت نصب دارد.
ترکرها
اگرچه یک پنل تخت ثابت می‌تواند به صورتی تنظیم شود که بخش زیادی از انرژی را در هنگام ظهر جمع‌آوری کند، توان زیادی نیز در صبح زود و آخر عصر نیز وجود دارد که در آن زمان، ناهمراستایی پنل ثابت آن‌قدر زیاد می‌شود که بخش زیادی از این انرژی را نمی‌توان جمع‌آوری کرد. به عنوان مثال حتی زمانی که خورشید 10° بالای افق است، انرژی موجود می‌تواند حدود نصف سطح انرژی در هنگام ظهر باشد که این مقدار بر حسب عرض جغرافیایی، فصل و شرایط جوی می‌تواند بیش‌تر نیز باشد.
به همین سبب مزیت اولیه سیستم ترکینگ این است که می‌تواند انرژی را در طولانی‌ترین زمان روز جمع‌آوری کند. علاوه بر آن هرچه میزان تمرکز بیش‌تر باشد، میزان دقت مورد نیاز برای ترکینگ بیش‌تر خواهد بود زیرا نسبت انرژی استخراج شده از تابش مستقیم بیش‌تر و ناحیه‌ای که انرژی بر روی آن تمرکز می‌یابد کوچک‌تر می‌شود.
کلکتور ثابت/آینه متحرک
بسیاری از کلکتورها نمی‌توانند حرکت کنند، مانند کلکتورهای دما بالا که در آن انرژی در مایع یا گاز داغی همانند بخار بازیافت می‌شود. مثال‌های دیگر شامل حرارت و روشنایی مستقیم ساختمان‌ها و اجاق‌های خورشیدی ثابت می‌باشد. در این موارد، لازم است که از آینه‌های متحرک به صورتی استفاده نماییم که بدون توجه به محل خورشید در آسمان، اشعه خورشید به کلکتور بازتاب کند.
به دلیل پیچیدگی در حرکت خورشید در آسمان، سطح دقت مورد نیاز برای هدف‌گیری درست اشعه خورشید به هدف، آینه هلیوستات (heliostat) معمولا از یک سیستم ترکینگ دو محوره با حداقل یک محور مکانیزه استفاده می‌کند. در کاربردهای مختلف، آینه‌ها می‌توانند تخت و یا مقعر باشند.
کلکتور متحرک
ترکرها را می‌توان بر حسب تعداد و جهت محورهای ترکر دسته‌بندی کرد. در مقایسه با نصب ثابت، یک ترکر تک‌محوره دارای خروجی سالانه حدود 30 درصد بیش‌تر و یک ترکر دو محوره دارای 36 درصد بیش‌تر است.
ترکرهای فتو ولتاییک را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: ترکرهای فتو ولتاییک (PV) استاندارد و ترکرهای فتو ولتاییک تمرکزی (CPV). هر کدام از این انواع ترکر می‌توانند بر حسب تعداد چرخش محورها، ساختار محرک و نوع درایو، کاربرد مد نظر، ساپورت عمودی و فونداسیون دارای تقسیم‌بندی‌های بیش‌تری باشند.
ترکرهای فتو ولتاییک غیر تمرکزی (PV)
پنل‌های فتوولتاییک نورهای مستقیم و پخش‌شده را از آسمان دریافت می‌کنند. پنل‌های روی ترکرهای استاندارد فتوولتاییک همیشه نور مستقیم موجود را جذب می‌کنند. از قابلیت‌های ترکینگ در ترکرهای استاندارد فتوولتاییک برای کاهش زاویه برخورد بین نور ورودی و پنل فتوولتاییک استفاده می‌شود که باعث افزایش میزان انرژی جذب شده از مولفه مستقیم نور خورشید ورودی می‌گردد.
ترکرهای فتو ولتاییک تمرکزی (CPV)
ساختار ماژول‌های CPV به صورتی است که مولفه مستقیم نور ورودی را می‌گیرد و به همین دلیل باید به صورت مناسب دارای چرخش باشد تا انرژی جمع‌آوری شده را به حداکثر برساند. در کاربردهای با تمرکز پایین، بخشی از نور پخش شده نیز می‌تواند از آسمان جمع شود. عمل‌کرد ترکینگ در ماژول‌های CPV برای چرخاندن وسایل نوری به صورتی است که نور ورودی بر روی یک کلکتور فتو ولتاییک تمرکز یابد.
الزامات دقت
فیزیک پشت اپتیک‌های CPV بیان‌گر این است که هرچه نسبت تمرکز بیش‌تر شود، دقت ترکینگ نیز بالا رود. در سیستم‌های معمول با تمرکز بالا، دقت ترکینگ باید در بازه °0.1± باشد تا بتواند حدود 90٪ توان نامی خروجی را تحویل دهد. در سیستم‌های با تمرکز پایین، دقت ترکینگ باید در بازه °2.0± باشد تا 90٪ توان نامی خروجی را تحویل دهد. در نتیجه، استفاده از سیستم‌های ترکینگ با دقت بالا معمول است.
ترکرهای تک محوره
ترکرهای تک‌محوره (single axis trackers) دارای یک درجه آزادی هستند که به صورت محور چرخش عمل می‌کند. محور چرخش ترکرهای تک محوره معمولا در راستای یک نصف‌النهار واقعی به سمت شمال تنظیم می‌شود ولی این امکان وجود دارد که آن را در هر یک از راستاهای اصلی تنظیم و از الگوریتم‌های پیش‌رفته ترکینگ استفاده کنیم.
انواع مختلف پیاده‌سازی ترکرهای تک محوره وجود دارد که شامل ترکرهای تک محوره افقی (horizontal single axis trackers) یا HSAT، ترکرهای تک محوره عمودی (vertical single axis trackers) یا VSAT، ترکرهای تک محوره مایل (tilted single axis trackers) یا TSAT و ترکرهای تک محوره با تنظیم قطبی (polar aligned single axis trackers) یا PASAT می‌باشد. جهت ماژول نسبت به محور ترکرها برای مدل‌سازی عمل‌کرد بسیار مهم می‌باشد.
محور چرخش برای ترکر افقی تک محوره (horizontal single axis tracker)، نسبت به زمین افقی است. ستون‌ها در هر یک از دو انتهای محور چرخش می‌توانند بین ترکرها مشترک باشند تا هزینه نصب کاهش یابد.
جانمایی میدانی برای ترکرهای تک محوره افقی بسیار انعطاف‌پذیر است. هندسه ساده آن باعث می‌شود که با نگه داشتن تمام محورهای چرخش به شکل موازی با هم بتوان مکان ترکرها را نسبت به یکدیگر تعیین کرد.
جاگیری مناسب می‌تواند نسبت تولید انرژی را به هزینه‌ها کاهش دهد که تولید انرژی وابسته به عوارض محلی زمین و شرایط سایه و ساعت روز می‌باشد.
در ترکرهای افقی تک محوره، یک لوله افقی بلند به وسیله بیرینگ بر روی ستون‌ها یا چارچوب‌ها نصب می‌شود. محور تیوب بر روی خط شمال-جنوب قرار دارد. پنل‌ها بر روی تیوب نصب می‌شوند و تیوب بر روی محور خود می‌چرخد تا حرکت ظاهری خورشید را در طول روز دنبال کند.
ترکرهای تک محوره عمودی (VSAT)
محور چرخش ترکرهای تک محوره عمودی (vertical single axis trackers) نسبت به زمین عمودی است. این ترکرها در طول روز از شرق به غرب می‌چرخند. کارایی این ترکرها در عرض‌های جغرافیایی بالا نسبت به ترکرهای با محور افقی بیش‌تر است.
در جانمایی میدانی باید مساله سایه افتادن در نظر گرفته شود تا با جلوگیری از تلفات انرژی غیر لازم، استفاده از زمین بهینه شود. همچنین به دلیل طبیعت ایجاد سایه در طول سال، چیدمان بهینه فشرده ممکن نیست.
تمام ترکرهایی که دارای محور چرخش بین افقی و عمودی هستند، جزو ترکرهای با محور مایل (tilted single axis trackers) هستند. زاویه تمایل ترکر اغلب به صورتی محدود می‌شود که پروفایل باد را محدود کند و ارتفاع انتهای آن را کاهش دهد.
در جانمایی میدانی باید ایجاد سایه در نظر گرفته شود تا از تلفات غیر ضروری جلوگیری کند و استفاده از آن بهینه شود. البته فشرده سازی در راستای موازی با محورهای چرخش به وسیله زاویه تمایل و عرض جغرافیایی محدود می‌شود.
در ترکرهای تک محوره مایل، وجه ماژول به صورت موازی با محور چرخش می‌چرخد.
ترکرهای تک محوره با تنظیم قطبی (PASAT)
ترکرهای تک محوره با تنظیم قطبی (polar aligned single axis trackers) کاملا مشهور هستند زیرا از روش استاندارد برای نصب سازه ساپورت تلسکوپ‌ها استفاده می‌کنند. محور چرخش مایل به سمت ستاره قطبی تنظیم می‌شود که در این صورت، زاویه تمایل با عرض جغرافیایی برابر است. این کار محور چرخش ترکر را با محور چرخش زمین تنظیم می‌کند.
ترکرهای دو محوره (dual axis trackers)
ترکرهای دو محوره دارای دو درجه آزادی شامل محورهای چرخش هستند. این محورها معمولا به یکدیگر عمود هستند. محوری که نسبت به زمین ثابت است می‌تواند به عنوان محور اولیه در نظر گرفته شود. محوری که مرجع آن محور اولیه است می‌تواند به عنوان محور ثانویه در نظر گرفته شود.
روش‌های مختلفی برای پیاده‌سازی ترکرهای دو محوره وجود دارد که بر حسب جهت چرخش محور اولیه آن‌ها نسبت به زمین دسته‌بندی می‌شوند. دو نوع روش پیاده‌سازی معمول شامل ترکرهای دو محوره نوک-مایل یا تیپ-تیلت (tip-tilt dual axis trackers) یا TTDAT و ترکرهای دو محوره آزیموت-ارتفاعی (azimuth-altitude dual axis trackers) یا AADAT می‌باشد.
چرخش ماژول نسبت به محور ترکر در مدل‌سازی عمل‌کرد مهم می‌باشد. ترکرهای دو محوره معمولا دارای ماژول‌هایی هستند که موازی محور دوم چرخش می‌چرخد.
ترکرهای دو محوره به دلیل توانایی در دنبال کردن خورشید به صورت عمودی و افقی، امکان استفاده از سطوح بهینه انرژی خورشید را فراهم می‌کنند. مهم نیست که خورشید در کجای آسمان قرار دارد، ترکرهای دو محوره می‌توانند خود را دقیقا در مقابل خورشید قرار دهند.
ترکرهای نوک-مایل در مقابل آزیموت-ارتفاعی
ترکرهای دو محوره نوک-مایل (TTDAT)
ترکرهای دو محوره نوک-مایل یا تیپ-تیلت (tip-tilt dual axis tracker) به این دلیل دارای این نام هستند که آرایه پنل‌ها بر بالای یک ستون قرار دارند. معمولا حرکت شرق-غرب به وسیله چرخش آرایه بر بالای ستون انجام می‌شود. بر بالای بیرینگ گردان، یک مکانیزم به شکل T یا H است که حرکت عمودی پنل‌ها و نقطه اتکای اصلی آرایه را فراهم می‌کند. ستون‌های طرف محور چرخش اولیه یک ترکر دو محوره تیپ-تیلت می‌توانند بین ترکرهای مختلف مشترک باشند تا هزینه‌های نصب را کاهش دهند.
انواع دیگر ترکرهای TTDAT دارای محور اولیه افقی و یک محور وابسته مایل هستند. محور آزیموتی عمودی ثابت است. این کار امکان انعطاف‌پذیری و کارایی بالا در اتصال تجهیزات به زمین را فراهم می‌کند زیرا در اطراف ستون‌ها هیچ کابل‌کشی پیچشی ایجاد نمی‌شود.
جانمایی میدانی برای ترکرهای دو محوره تیپ-تیلت بسیار انعطاف‌پذیر است. هندسه ساده به معنی این است که نگه داشتن محورهای چرخش به صورت موازی با یکدیگر تمام چیزی است که برای مکان‌یابی ترکرها نسبت به هم باید انجام داد. معمولا ترکرها با دانسیته نسبتا پایین قرار داده می‌شوند تا در زمانی که خورشید در آسمان پایین است، از سایه‌اندازی ترکرها بر روی هم جلوگیری شود. ترکرهای تیپ-تیلت می‌توانند با تمایل بیش‌تر نسبت به افق، مشکل سایه را به حداقل و توان کلی جمع آوری را به حداکثر برسانند.
معمولا محور چرخش بسیاری از ترکرهای دو محوره تیپ-تیلت در راستای نصف‌النهار واقعی شمالی و یا بر روی مدار شرقی غربی تنظیم می‌شود.
با وجود قابلیت‌های بالای آرایش تیپ-تیلت و کنترل کاملا اتوماتیک مناسب برای ترکینگ، می‌توان از پلتفورم‌های پرتابل استفاده کرد. جهت قرارگیری ترکر اهمیتی ندارد و می‌تواند به صورت دلخواه قرار داده شود.
ترکر دو محوره آزیموت-ارتفاعی (AADAT)
یک ترکر دو محوره آزیموت- ارتفاعی (azimuth-altitude dual axis tracker) دارای محور اولیه در راستای عمود بر زمین و محور ثانویه آن عمود بر محور اولیه است و عمل‌کرد آن‌ها همانند سیستم‌های تیپ-تیلت و تفاوت آن‌ها در روشی است که آرایه در ترکینگ روزانه می‌چرخد. به جای چرخاندن آرایه حول بالای ستون، سیستم‌های AADAT معمولا از یک حلقه بزرگ که بر روی زمین نصب شده استفاده می‌کند به صورتی که آرایه‌ها بر روی تعدادی غلتک نصب می‌شوند. مزیت اصلی این آرایش این است که وزن آرایه روی یک بخش از رینگ توزیع می‌شود؛ در حالی که در TTDAT یک تک نقطه بارگذاری بر روی ستون وجود دارد. این کار به AADAT امکان این را می‌دهد که آرایه‌های بسیار بزرگ‌تری را حمل کند. البته بر خلاف TTDAT، ترکرهای سیستم AADAT نمی‌توانند در فاصله نزدیک‌تر از قطر حلقه نسبت به هم قرار داده شوند که این باعث کاهش دانسیته سیستم می‌شود، مخصوصا اگر سایه‌افکنی داخلی ترکر را نیز در نظر بگیریم.
انتخاب نوع ترکر
انتخاب نوع ترکر بستگی با فاکتورهای زیادی دارد از جمله سایز نصب شده، نرخ برق، مشوق‌های دولتی، محدودیت زمین، عرض جغرافیایی و آب و هوای محلی.
ترکرهای تک محوره افقی معمولا در پروژه‌های بزرگ تولید پراکنده مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیب بین بهبود انرژی و هزینه کم‌تر محصول و پیچیدگی کم‌تر نصب، باعث اقتصادی شدن آن در سایت‌های بزرگ می‌شود. علاوه بر آن کارایی بالا در بعد از ظهر برای سیستم‌های فتوولتاییک شبکه‌ای بزرگ بسیار مطلوب است و بنابراین میزان تولید با زمان پیک مصرف هماهنگ است. ترکرهای افقی تک محوره همچنین بهره‌وری زیادی در فصل‌های بهار و تابستان دارند که در آن خورشید در بالای آسمان است. طبیعت پایدار سازه ساپورت آن‌ها و سادگی در مکانیزم نیز باعث قابلیت اعتماد بالا و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود. از آن‌جایی که پنل‌ها افقی هستند، می‌توانند بر روی محور تیوب به صورت فشرده قرار بگیرند بدون این که خطر سایه‌افکنی بر خود و دسترسی برای تمیز‌کاری ایجاد کنند.
ترکر با محور عمودی تنها حول محور عمودی می‌چرخد و پنل‌های آن به صورت عمودی و به صورت ساده یا قابل تنظیم هستند و یا دارای زاویه عمودی قابل ترک شدن هستند. این ترکرها با زاویه‌های ثابت و یا قابل تنظیم فصلی برای عرض‌های جغرافیایی بالا که در آن مسیر نمایان خورشید چندان بالا نیست ولی منجر به روزهای طولانی در تابستان می‌شود و خورشید بر روی یک کمان بلند حرکت می‌کند، مناسب هستند.
ترکرهای دو محوره معمولا در کاربردهای خانگی و مکان‌هایی که تعرفه برق بالا است به کار می‌روند.
فتو ولتاییک‌های تمرکزی چند آینه‌ای
فتوولتاییک‌های تمرکزی چند آینه‌ای (multi-mirror concentrating PV) از آینه‌های مختلفی که در سطح افقی قرار دارند برای بازتاب نور خورشید به سمت بالا به یک فتوولتاییک دما بالا و یا سیستم دیگری که نیاز به توان خورشیدی متمرکز دارد استفاده می‌کند. از آن‌جایی که آینه‌ها چندان در معرض بار باد نیستند، مسایل سازه‌ای و قیمت آن‌ها به شدت کم می‌شود. با استفاده از مکانیزم‌های مخصوصی، تنها به دو سیستم درایو برای هر وسیله نیاز است.
انواع درایو
ترکر اکتیو (active tracker)
در ترکرهای اکتیو، برای هدایت ترکر از موتور و گیربکس به صورتی استفاده می‌شود که توسط یک کنترلر به راستای خورشید پاسخ می‌دهد.
برای کنترل و مدیریت حرکت این سازه‌های عظیم، درایوهای گردشی (slewing drives) مخصوص طراحی و با دقت زیاد تست می‌شوند. تکنولوژی‌های مورد استفاده برای هدایت ترکر، پیوسته در حال تکامل هستند و پیشرفت‌های جدید منجر به استفاده از طناب‌های سیمی و زنجیر به جای برخی از قطعات گران‌تر شده است.
Slewing Drive
از آن‌جایی که موتورها انرژی مصرف می‌کنند، سعی می‌کنیم که از آن‌ها تنها در زمان لزوم استفاده کنیم. بنابراین به جای حرکت پیوسته، درایو در قدم‌های گسسته حرکت می‌کند.
همچنین اگر نور پایین یک حد آستانه‌ای باشد، انرژی کافی تولید نمی‌شود تا بتوان چرخش را انجام داد. این مساله در زمانی که اختلاف کافی بین سطح نور در دو راستا وجود ندارد، همانند وقتی که ابرها از بالای سر می‌گذرند نیز برقرار است؛ بنابراین تدابیری باید در نظر گرفته شود تا از اتلاف انرژی توسط ترکر در زمان هوای ابری جلوگیری شود.
ترکر خنثی (passive tracker)
رایج‌ترین ترکرهای خنثی از یک سیال گازی با نقطه جوش پایین استفاده می‌کنند. در پاسخ به ایجاد عدم توازن فشار گاز ایجاد شده توسط حرارت خورشیدی، ترکر از یک سمت به سمت دیگر رانده می‌شود. از آن‌جایی که این چرخش دقیق نیست، ترکرهای خنثی برای انواع مشخصی از کلکتورهایفتوولتاییک تمرکزی مناسب نیستند ولی برای انواع پنل‌های PV معمولی خوب کار می‌کنند. این ترکرها دارای دمپرهای ویسکوز (viscous dampers) هستند که از حرکت اضافی ایجاد شده در اثر بادهای شدید جلوگیری کنند. سایه‌بان/بازتاب‌دهنده‌هایی برای بازتاب نور صبحگاهی خورشید قرار داده می‌شوند تا پنل را از خواب بیدار کنند و آن را به سمت خورشید متمایل کنند که این کار می‌تواند تا یک ساعت طول بکشد. می‌توان زمان انجام این کار با اضافه کردن بست‌های خود آزاد شونده کاهش داد؛ به صورتی که پنل را کمی پس از راس قرار می‌دهند تا سیال مجبور نباشد که بر گرانش غلبه کند. این بست‌ها را در زمان عصر نصب می‌کنند. یک فنر کشنده لقی از آزاد شدن بست در شرایط بادی شب جلوگیری می‌کند.
ترکر کرونولوژیکال (chronological tracker)
ترکر کرونولوژیکال به وسیله چرخش با نرخ برابر با سرعت چرخش زمین و در جهت مخالف، با چرخش زمین مخالفت می‌کند. در واقع نرخ‌های حرکت با هم برابر نیست زیرا از آن‌جایی که زمین به دور خورشید می‌چرخد، مکان خورشید نسبت به زمین در هر سال برابر با°360 تغییر می‌کند. روش درایو می‌تواند در حد یک موتور گیربکس که به آرامی و با سرعت متوسط یک دور در روز (15 درجه در ساعت) می‌چرخد، ساده باشد. از نظر تئوری، با فرض این که فضای خالی کافی برای تکمیل چرخش وجود داشته باشد و فرض این که مشکل پیچش سیم‌ها وجود ندارد، ترکر می‌تواند کامل بچرخد؛ در غیر این صورت یک ری‌ست ساده در مکان پایینی می‌تواند در بین زمان‌های غروب و سحر انجام گیرد.
ترکینگ دستی (manual tracking)
در برخی از کشورهای در حال توسعه، به جای درایو‌ها، از اوپراتورهایی استفاده می‌کنند که ترکرها را تنظیم می‌کنند. این کار دارای مزیت پایداری، وجود کارکنان برای نگهداری و ایجاد اشتغال برای ساکنان نزدیک سایت می‌باشد.
معایب ترکرها
ترکرها هزینه و نگهداری بیش‌تری را به سیستم تحمیل می‌کنند. اگر 25٪ هزینه را اضافه کنند و خروجی را نیز 25٪ افزایش دهند، همان کارایی را می‌توان با بزرگ‌تر کردن سیستم به اندازه 25٪ انجام داد، بدون این که نگهداری آن زیاد شود.
خانه گردان
آخرین ویرایش توسط مدیر:
