Korea Ever-Power · Rakendustehnika juhend
Uss ja ussiratas päikeseenergia jälgimisseadmetele
5000 jälgimisseadmega päikesepark jälgib päikest idast läände iga päev 25 aasta jooksul – umbes 9000 koidikust hämarikuni tsüklit jälgimisseadme kohta. Iga jälgimisseade hoiab 60 ruutmeetrit päikesepaneele, mis toimivad tuules purjena, tekitades olenevalt tuule kiirusest 2000–8000 N tõukejõudu. Pöördajami sees olev ussülekandepaar on ainus komponent paneeli ja tuule vahel – see peab hoidma oma positsiooni 40 m/s puhangu korral, liikuma sujuvalt 15 kraadi tunnis juures ja vastu pidama 25-aastasele UV-kiirguse, vihma ja temperatuuri kõikumisele ilma suuremate muudatusteta.
Päikesepaneelide jälgimisseadmetes kasutatakse ussülekandepaare, kuna iselukustuv süsteem hoiab paneeli nurka tuulekoormuse suhtes paigal ilma mootori pideva toiteta, aeglane jälgimiskiirus (15 kraadi tunnis ühe telje puhul) vastab ussülekandepaari suure ülekandearvuga ja väikese kiirusega väljundvõimsusele ning integreeritud pöördülekande formaat (ussülekandepaar, laager ja korpus ühes suletud seadmes) pakub kompaktset ja kohapeal paigaldatavat moodulit. Koidikust hämarikuni töötav mudel seob päevase jälgimistsükli aastaste töötundide (3000–5000), 25-aastase elueaga (75 000–125 000 töötundi) ja hooldusgraafikuga, mida see äärmuslik kasutusiga nõuab. Tuulekoormus on domineeriv projekteerimisjõud – 60 m² suurune paneel 40 m/s tuule käes tekitab ligikaudu 12 000 N tõukejõudu, mis toodab pöördülekandel pöördemomendist olenevalt 2400–6000 N·m pöördemomenti. Ussülekandepaar peab seda koormust staatiliselt iselukustuva süsteemi abil hoidma, kui mootor on välja lülitatud – see on 90 protsenti ajast (jälgija liigub aeglaselt ja hoiab seejärel asendit, kuni paneelid energiat genereerivad).
Miks päikesejälgijad kasutavad ussiülekandega pöördeajamit
Päikesejälgija pöörab paneelide massiivi, et see järgiks päikest üle taeva, suurendades energia püüdmist 25–40 protsenti võrreldes fikseeritud kaldega paigaldusega. Üheteljelised jälgimisseadmed pöörlevad idast läände ümber horisontaalse põhja-lõuna telje. Kaheteljelised jälgimisseadmed lisavad kaldetelje hooajaliseks kõrguse reguleerimiseks. Mõlemad tüübid vajavad ussülekandega ajamit, mis liigub väga aeglaselt (päike liigub 15 kraadi tunnis), hoiab oma positsiooni jäigalt tuule suhtes (paneel on suur puri) ja peab minimaalse hooldusega vastu 25 aastat õues.
Ussülekandega pöördajam – integreeritud seade, mis sisaldab ussülekandepaari, pöördlaagrit ja suletud korpust – on saanud päikesejälgijate standardiks, kuna see täidab kõik kolm nõuet ühes poltidega kinnitatavas moodulis.
Iselukustuv süsteem hoiab paneeli tuuleiilide korral ilma mootorita jälgimisnurga all. Ussülekandemootor on 85–95 protsendil ajast välja lülitatud – ussülekande jälgimisseade reguleerib oma asendit iga 5–15 minuti järel väikeste sammudega ja seejärel hoiab seda paigal. Tormi ajal võib jälgimisseade olla horisontaalasendis ja iselukustuv süsteem hoiab seda seal tundide või päevade jooksul.
Päike liigub kiirusega 15 kraadi tunnis. 60:1 suhtega ussülekandepaar koos väikese alalisvoolumootoriga kiirusel 30 p/min annab jälgimisteljel väljundvõimsust 0,5 p/min – 3 kraadi minutis. Kontroller annab ussülekandemootorile impulsse iga 10–15 minuti järel mõneks sekundiks, et jälgida päikest. Mootori kogutööaeg päevas: 15–45 minutit.
Päikesepaneelidel on 25-aastane toimivusgarantii. Jälgimismehhanism peab sellele elueale vastama – paljudes paigaldistes pole vaja plaanilist kapitaalremonti, rataste vahetust ega järelmäärimist. See nõuab eluaegset suletud määret, UV-kindlaid tihendeid ja korrosioonikindlaid korpuseid, mis peavad vastu enam kui 9000 päevasele/öisele termilisele tsüklile.
Koidikust videvikuni töötav mudel – igapäevane jälgimistsükkel kuni 25-aastase eluea spetsifikatsioonini
Päikeseenergia jälgimisseadmel oleval ussülekandepaaril on ainulaadne tööprofiil: väga väikesed koormused jälgimise ajal (ainult mootori pöördemoment, välise koormuseta), väga suured staatilised koormused tuule ajal (täistuule tõukejõud, mootor välja lülitatud) ja väga prognoositav päevane tsükkel, mis kordub 365 päeva aastas 25 aasta jooksul. Koidikust videvikuni mudel kvantifitseerib seda tsüklit.
Mudel paljastab olulise tähelepaneku: ussülekandemootori paari mootor töötab vaid 120 tundi aastas (hommikune tagasitulek + õhtune seiskamine + vahelduvad jälgimisimpulsid) – kuid iselukustuv funktsioon on aktiivne 8640 tundi aastas (kogu 24-tunnine päev miinus lühikesed mootori töötamise perioodid). 25 aasta jooksul on ussülekandemootori töötundide koguarv vaid 3000 – mehaanilise kulumise kohta triviaalselt madal. Kuid staatilise elektri hoidmise tundide koguarv (iselukustuv tuulekoormuse all) on ligikaudu 216 000 tundi. Projekteerimisväljakutse ei ole liikumisest tingitud mehaaniline kulumine – see on staatiline korrosioon, tihendite lagunemine ja määrde eluiga 25 aasta jooksul pideva välitingimustes viibimise ajal minimaalse pöörlemisega määrdeaine ümberjaotamiseks.
Tuulekoormus — paneel purjena ja ussülekandepaar ankruna
Päikesepaneelide massiiv sarnaneb aerodünaamiliselt lameda plaadiga – kuju, mis tekitab kõigist konstruktsioonidest suurima takistusteguri (Cd 1,1–1,3 tuulega risti oleva lameda plaadi puhul). Tuule tõukejõud 60 m² ühelteljelisele jälgimisseadmele 40 m/s projekteeritud tuulekiirusel on F = 0,5 × 1,225 × 40² × 1,2 × 60 = ligikaudu 70 560 N (halvimal juhul risti asetseva asendi korral). Praktikas vajub jälgimisseade enne tugeva tuule saabumist tasaseks (vähendades efektiivset pindala 80–90 protsenti), vähendades tegelikku jõudu hoiustatud asendis ligikaudu 7000–14 000 N-ni.
Pöördemoment pöördajamil sõltub tuulejõu rõhukeskme ja jälgimisseadme pöörlemistelje vahelisest momentõlast. Üheteljelise jälgimisseadme puhul, millel on 12-meetrine pöördemomenditoru, on momentõlg umbes 1–3 meetrit (jõukeskme ja telje vaheline ekstsentrilisus), tekitades seisvas olekus 7000–42 000 N·m tuulepöördemomenti. Ussülekandepaar peab sellele pöördemomendile staatiliselt iselukustuva süsteemi abil vastu pidama – ja iselukustuv hoidevõime peab ületama maksimaalset projekteeritud tuulepöördemomenti ohutusteguriga 1,5–2,0 vastavalt konstruktsioonide projekteerimisnormidele (ASCE 7, Eurokoodeks 1).
Korea päikesepargi arendaja paigaldas 50 MW võimsusega fotogalvaanilisse elektrijaama 2400 ühelteljelist tuulegeneraatorit. Iga generaator kasutas usskäiguga pöördajamit, mille hoidemoment oli 3500 N·m. Kolmandal aastal tõi taifuun Hinnamnor (september 2022) sündmuskohale püsivalt 45 m/s tuule. Kõik generaatorid olid enne taifuuni saabumist lamavas asendis. Taifuunijärgsel kontrollil leiti 18 generaatorit, mille paneelide massiiv oli pööratud hoiustusasendist 15–25 kraadi – iselukustuv paneel oli äärmise tuulemomendi all libisenud. Uuring: arvutatud tuulemoment hoiustatud paneelidel kiirusel 45 m/s oli 4200 N·m – see ületas nimituge 3500 N·m 20 protsendi võrra. Algses spetsifikatsioonis oli kasutatud 35 m/s projekteeritud tuult (selle 50-aastane kordumisperiood), kuid tegelik taifuun ületas seda 29 protsendi võrra. Konstruktsioonikahjustusi ei tekkinud (paneelid olid kaldunud, kuid mitte lahti tulnud), kuid 18 jälgimisseadet vajasid käsitsi ümberpaigutamist ja joondamist. Parandusmeede: 18 pöördajamit asendati 6000 Nm nimivooluga seadmetega. Ülejäänud 2382 jälgimisseadmel säilisid 3500 Nm ajamid (mis olid pidanud vastu 45 m/s tuule korral – 18 riket tekkisid massiivi tuulepealses servas, kus tuule kiirendus tekitas lokaalselt suuremaid jõude). Õppetund: päikesejälgija ussikäiguga pöördajami hoidemoment tuleb määrata äärmusliku tuulejuhtumi, mitte keskmise projekteeritud tuule jaoks – ja suurte massiivide servaridade jälgimisseadmed kogevad tuule kanaliseerimise tõttu 15–30 protsenti suuremat tuulekoormust kui sisemised read.
Kolm päikesejälgija ussikäigukasti pöördeajami spetsifikatsioonijuhtu
Juhtum 1 – Korea päikeseelektrijaamad: 2400 üheteljelist jälgimisseadet, taifuunipiirkond, 25-aastane eluiga
Korea 50 MW päikesepark spetsialiseerus ussülekandega pöördajamitele 2400 ühelteljelise jälgimisseadme jaoks. Paneeli pindala jälgimisseadme kohta: 60 m² (24 moodulit × 2,5 m²). Pöördemomendi toru pikkus: 12 meetrit. Projekteeritud tuulekiirus: 45 m/s (korrigeeritud pärast taifuuni Hinnamnor). Iselukustuva hoidemomendi nõue: 6000 N·m (servaread), 4500 N·m (siseread). Jälgimise väljundkiirus: 0,5 p/min. Ussülekandega pöördajam: ühekäiguline, moodul 3, tsentrite kaugus 80 mm, integreeritud pöördlaager (Ø300 mm), suhe 62:1. Mootor: 24 V alalisvool, 100 W. Materjal: tsingitud uss, fosforpronksist ratas. Tihend: FKM topelthuul UV-kindla elastomeeriga, IP66. Määre: sünteetiline polüurea (eluaegselt suletud – 25 aasta jooksul pole vaja uuesti määrida). Korpus: kuumtsingitud malm. Pöördajami maksumus: 280 USD (servarea 6000 N·m versioon), 195 USD (sisemine 4500 N·m versioon). Pöördajami kogumaksumus 2400 jälgimisseadme jaoks: ligikaudu 520 000 USD. Aastane energiasääst jälgimisest võrreldes fikseeritud kaldega: ligikaudu 14 miljonit kWh × 0,08 USD = 1 120 000 USD aastas – pöördajami investeering tasub end ära vähem kui 6 kuuga.
Juhtum 2 — Jaapani katusele paigaldatav kaheteljeline jälgimisseade: 10 m², hoonele paigaldatav, esteetiline
Jaapani hoonetesse integreeritavate päikesepaneelide ettevõte määras kaheteljelise katusele paigaldatava jälgimisseadme jaoks (4 moodulit, 10 m²) ussülekandega pöördajamid. Kaks pöördajamit jälgimisseadme kohta: üks asimuudi (horisontaalse pöörlemise) ja teine kõrguse (kallutamise) jaoks. Katusele paigaldamine nõudis kompaktseid mõõtmeid (pöördajam ei tohi ulatuda jälgimisseadme jalajäljest väljapoole), madalat mürataset (elamu – jälgimise ajal alla 45 dB(A)) ja esteetilist korpust (pulbervärvitud vastavalt jälgimisseadme raami värvile). Projekteeritud tuulekiirus: 35 m/s. Hoidmismoment telje kohta: 800 N·m. Ussülekandega pöördajam: ühekäiguline, moodul 2, tsentrite vahe 50 mm, integreeritud laager Ø150 mm, suhe 50:1. Mootor: 12 V alalisvool, 30 W. Materjal: tsingitud uss, POM-ratas (müra vähendamine – POM 38 dB(A) juures versus pronks 48 dB(A) juures jälgimise ajal). Määre: sünteetiline polüurea, eluaegselt suletud. Korpus: pulbervärvitud alumiinium (kaalu vähendamine katusekonstruktsiooni koormuse korral). Pöördajami hind: 85 USD. Kaks jälgimisseadet: 170 USD. Sirvi ussikäigu pöördeajam Päikeseenergia jälgimise ühe- ja kaheteljeliste rakenduste valikud.
Juhtum 3 – Vietnami ujuv päikesepaneel: üheteljeline, IP68 sukeldatav, korrosioonikindel
Vietnami ujuvpäikeseenergia arendaja spetsialiseerus ussülekandega pöördajamitele 800 ühelteljelise jälgimisseadme jaoks reservuaari pinnal. Ujuvpaigaldus lisas väljakutseid, mis maapealsetel jälgimisseadmetel puuduvad: vahelduv uputus lainete ja tugeva vihma ajal (nõutav IP68), magevee korrosioon pideva niiskusega kokkupuute tõttu ja vetikatega saastumine korpuse välispinnale. Paneeli pindala jälgimisseadme kohta: 40 m² (16 moodulit). Projekteeritud tuul: 30 m/s (sisemaa veehoidla – madalam kui rannikul). Pöördemoment: 2800 N·m. Ussülekandega pöördajam: ühe käivitusega, moodul 2,5, tsentrite vahe 63 mm, integreeritud laager Ø200 mm, suhe 55:1. Materjal: 304 roostevabast terasest uss (pidev kokkupuude veega), fosforpronksratas. Tihend: IP68 topeltmehaaniline tihend rõhu all oleva määrdekambriga. Korpus: epoksüüdkattega merekvaliteediga malm kattumisvastase värviga. Pööramisseadme maksumus: 340 USD (IP68 ja roostevaba terase spetsifikatsioon lisas 60 protsenti võrreldes samaväärse maapealse versiooniga, mis maksab 195 USD). 800 jälgimisseadme kogumaksumus: 272 000 USA dollarit. Ujuvspetsifikatsioon näitab, et sama ussikäiguga pöördajami arhitektuur kehtib ka veepinnale paigaldatavatele seadmetele – südamiku iselukustuvad ja jälgimisfunktsioonid on identsed ning keskkonnakaitse on täiustatud, et see vastaks veealusele kokkupuutele.
Korduma kippuvad küsimused
K: Kas päikeseenergia jälgimisseadme ussülekandega pöördajam võib tõesti 25 aastat vastu pidada ilma uuesti määrimiseta?
Kui sünteetiline polüuurea määre on suletud korralikult konstrueeritud korpusesse, siis jah – mootori töötundide koguarv 25 aasta jooksul on vaid 3000, mis on tüüpilise tööstusliku käigukasti puhul vähem kui üks tööaasta. Määrde eluiga sellisel kergel koormusel ja mõõdukal temperatuuril (välistingimustes) ületab 25 aastat. Eluiga piiravaks teguriks ei ole määrde lagunemine, vaid tihendi terviklikkus – kui tihend puruneb ja vesi sisse satub, emulgeerub määre ja algab korrosioon. UV-kindla koostisega FKM-tihendid säilitavad terviklikkuse välitingimustes 15–20 aastat. 15. aastal on tihendi visuaalne kontroll ja valikuline määrde lisamine määrdenipli kaudu mõistlik kindlustus – lisades 15 minutit tööjõudu iga käigukasti kohta.
K: Kuidas arvutada oma jälgimisseadme tuulemomenti pöördemomendi jaoks?
Usskäigukasti pöördeajami T_wind = F_wind × L_arm. F_wind = 0,5 × ρ × v² × Cd × A_eff. Kokkupandud (tasase) jälgimisseadme puhul: ρ = 1,225 kg/m³, Cd = 0,1 kuni 0,2 (tasane plaat nullilähedase nurga all), A_eff = paneeli pindala × cos (paigutusnurk). L_arm = kaugus pöörlemisteljest rõhukeskmeni (tavaliselt 0,5 kuni 2 meetrit üheteljeliste jälgimisseadmete puhul, olenevalt paneelide paigutuse sümmeetriast). Rakendage ohutustegurit 1,5 vastavalt ASCE 7 või Eurocode 1 standardile. Servasuunaliste jälgimisseadmete puhul korrutage tuule suunamiseks 1,2 kuni 1,3-ga. Kriitiline juhtum on tavaliselt kokkupandud asend äärmusliku tuule korral – mitte jälgimisasend normaalse töö ajal (jälgimisseadmed paigustuvad enne äärmusliku tuule saabumist).
K: Miks kasutavad mõned päikesejälgijad lineaarseid ajameid pöördajamite asemel?
Lineaarajameid (elektrilisi silindreid) kasutatakse väiksematel jälgimisseadmetel (alla 30 m² paneeli pindalaga), kus tuule pöördemoment jääb lineaarajami tõukejõu piiresse. Lineaarajamid on lihtsamad kui ussülekandega pöördajamid ja odavamad väikeste paneelide puhul, kuid neid ei saa suurte jälgimisseadmete jaoks skaleerida, kuna vajalik tõukejõud kasvab koos paneeli pindalaga, samas kui lineaarajami silindri läbimõõt ja käigu pikkus muutuvad ebapraktiliseks üle umbes 3000 N·m pöördemomendi. Pöördajamid skaleeruvad tõhusalt kuni 20 000+ N·m hoidemomendini – nad domineerivad kommunaalteenuste jälgimisseadmete turul (40–100+ m² jälgimisseadme kohta). Need kaks tehnoloogiat eksisteerivad koos: lineaarajamid elamutele ja väikestele ärihoonetele, pöördajamid kommunaalteenuste jaoks.
K: Mis juhtub, kui iselukustuv süsteem tuule ajal rikki läheb?
Paneelide massiiv pöörleb kontrollimatult kinnitusasendist, suurendades efektiivset tuulepinda peaaegu nullist (tasaselt) täieliku paneeli pindalani (tuulega risti). See suurendab dramaatiliselt tuule jõudu – kinnitusasendist 7000 N ristiasendisse 70 000 N –, tekitades konstruktsiooni ülekoormuse, mis võib painutada pöördemomendi toru, rebida paneeli klambrid või juurida rööbastee vundamendi välja. Iselukustuv rike tuule ajal on konstruktsiooni rike, mitte ainult hooldusprobleem. Projekteerige ussülekande iselukustuv hoidemoment ohutusteguriga 1,5–2,0 võrra suurem kui arvutatud äärmuslik tuulemoment. Testige iselukustuvat kinnitusmomenti tehase vastuvõtu ajal 150 protsendi juures nimihoidemomendist – test peab näitama nullpööret pärast 1-tunnist staatilist koormust.
K: Milline on päikeseenergia jälgimisseadme pöördemomendi ajami tüüpiline hind päikeseenergia võimsuse vati kohta?
Üheteljeliste ja kommunaalteenuste jälgimisseadmete puhul maksab pöördemomendi ajam 195–350 USA dollarit seadme kohta ja iga seade toetab 15–30 kW päikeseenergia võimsust. See teeb umbes 0,007–0,023 USA dollarit paigaldatud päikeseenergia võimsuse vati kohta – umbes 1–3 protsenti jälgimissüsteemi kogumaksumusest ja 0,3–0,8 protsenti päikeseelektrijaama kogumaksumusest. Pöördmomendi ajam on üks odavamaid komponente vati kohta, kuid üks suurima mõjuga komponente rikke korral (rike pöördemomendi ajam lülitab kogu seadme välja, kaotades kuni parandamiseni 15–30 kW energiat).
Päikesejälgijate ussülekandega pöördajamid töötavad töörežiimis, mis erineb kõigist teistest selle seeria rakendustest – äärmiselt väike mehaaniline kulumine (3000 mootoritundi 25 aasta jooksul) koos äärmiselt nõudliku keskkonnataluvusega (216 000 tundi staatilist koormust välistingimustes pidevalt tuulekoormuse all hoides). Koidikust hämarikuni töötav mudel seob selle ainulaadse tsükli oluliste spetsifikatsiooniparameetritega: iselukustuv hoidemoment tuulejuhtumite korral (domineeriv projekteerimisjõud), tihendi ja määrde eluiga 25-aastaseks hooldusvabaks välistingimustes kasutamiseks (domineeriv eluea piirav tegur) ning UV- ja korrosioonikindlus mitme aastakümne pikkuseks kasutuseks. Ussülekandega pöördajamist on saanud kommunaalteenuste päikesejälgijate standard, sest ükski teine ajamitehnoloogia ei paku iselukustuvat tuuletakistust, üliaeglast jälgimisvõimet ja 25-aastast välistingimustes vastupidavust ühes integreeritud moodulis päikeseenergia ökonoomika nõudmistega hinnaga.
Päikesepaneelide tootjatele ja päikeseelektrijaamade arendajatele arvutab meie inseneribüroo tuulemomendi teie paneelide konfiguratsiooni ja kohapealsete tuuleandmete põhjal. Standardkataloog pöördajamiga ussikäigukomplektid hõlmab ühe- ja kaheteljelisi rakendusi laagri läbimõõdust Ø150 kuni Ø400 mm ja kinnitusmomenti 800 kuni 8000 N·m. Esitage päikesejälgija ajami spetsifikatsioon koos paneeli pindala, kavandatud tuulekiiruse, jälgimisseadme tüübi (ühe-/kaheteljeline) ja asukoha kliimavööndiga.
Päikesejälgijate jaoks mõeldud pöördeajamite täpsustamine?
Saatke meile paneeli pindala, kavandatud tuulekiirus, jälgimisseadme tüüp, asukoha kliima ja kogus. Me arvutame tuule pöördemomendi, soovitame hoidemomendi klassi ja pakume teie paigaldisele 25-aastase tööea kinnitust.
Päikeseenergia jälgimisseadme ajami spetsifikatsiooni taotlemine →
Toimetaja: Cxm
