Korea Ever-Power · คู่มือวิศวกรรมการใช้งาน
เฟืองตัวหนอนและเฟืองตัวหนอนสำหรับระบบขับเคลื่อนหมุนของตัวติดตามแสงอาทิตย์
ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีตัวติดตามแสงอาทิตย์ 5,000 ตัว จะติดตามดวงอาทิตย์จากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตกทุกวันเป็นเวลา 25 ปี ซึ่งคิดเป็นประมาณ 9,000 รอบการหมุนจากรุ่งอรุณถึงพลบค่ำต่อตัวติดตามแต่ละตัว ตัวติดตามแต่ละตัวมีแผงโซลาร์เซลล์ขนาด 60 ตารางเมตร ซึ่งทำหน้าที่เหมือนใบเรือในสายลม สร้างแรงผลัก 2,000 ถึง 8,000 นิวตัน ขึ้นอยู่กับความเร็วลม ชุดเฟืองตัวหนอนภายในกลไกการหมุนเป็นส่วนประกอบเดียวที่อยู่ระหว่างแผงโซลาร์เซลล์กับลม มันต้องสามารถรักษาตำแหน่งได้แม้ในลมกระโชกแรง 40 เมตร/วินาที ติดตามแสงอาทิตย์ได้อย่างราบรื่นที่ 15 องศาต่อชั่วโมง และทนทานต่อรังสียูวีกลางแจ้ง ฝน และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นเวลา 25 ปีโดยไม่ต้องซ่อมแซมครั้งใหญ่
ระบบขับเคลื่อนหมุนแผงโซลาร์เซลล์ใช้เฟืองตัวหนอนคู่ เนื่องจากกลไกการล็อคตัวเองช่วยรักษาองศาของแผงให้คงที่แม้รับแรงลมโดยไม่ต้องใช้พลังงานมอเตอร์อย่างต่อเนื่อง ความเร็วในการติดตามที่ช้า (15 องศาต่อชั่วโมงสำหรับแกนเดียว) เข้ากันได้ดีกับอัตราส่วนสูงและความเร็วต่ำของเฟืองตัวหนอนคู่ และรูปแบบการขับเคลื่อนหมุนแบบรวม (เฟืองตัวหนอนคู่ บวกตลับลูกปืน บวกตัวเรือนในหน่วยปิดผนึกเดียว) ทำให้ได้โมดูลขนาดกะทัดรัด ติดตั้งได้ง่ายในภาคสนาม แบบจำลองการทำงานตั้งแต่รุ่งอรุณถึงพลบค่ำจะแปลงรอบการติดตามรายวันเป็นชั่วโมงการทำงานต่อปี (3,000 ถึง 5,000 ชั่วโมง) อายุการใช้งาน 25 ปี (75,000 ถึง 125,000 ชั่วโมง) และตารางการบำรุงรักษาที่จำเป็นสำหรับอายุการใช้งานที่ยาวนานนี้ แรงลมเป็นแรงหลักในการออกแบบ แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 60 ตารางเมตร ในสภาพลม 40 เมตร/วินาที จะสร้างแรงผลักประมาณ 12,000 นิวตัน ทำให้เกิดแรงบิด 2,400 ถึง 6,000 นิวตันเมตร ที่ชุดขับเคลื่อนหมุน ขึ้นอยู่กับระยะห่างของแรง ชุดเฟืองตัวหนอนต้องรับแรงนี้ไว้ในสภาวะคงที่ด้วยการล็อกตัวเองในขณะที่มอเตอร์ปิดอยู่ ซึ่งเป็นเวลา 90 เปอร์เซ็นต์ (ตัวติดตามแสงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ช้าๆ แล้วคงตำแหน่งไว้ในขณะที่แผงโซลาร์เซลล์ผลิตพลังงาน)
เหตุใดระบบติดตามแสงอาทิตย์จึงใช้เฟืองตัวหนอนเป็นตัวขับเคลื่อน
ระบบติดตามแสงอาทิตย์จะหมุนแผงโซลาร์เซลล์เพื่อติดตามดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเก็บพลังงานได้ 25 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการติดตั้งแบบคงที่ ระบบติดตามแบบแกนเดียวจะหมุนจากทิศตะวันออกไปทิศตะวันตก รอบแกนแนวนอนเหนือ-ใต้ ส่วนระบบติดตามแบบสองแกนจะเพิ่มแกนเอียงเพื่อปรับระดับความสูงตามฤดูกาล ระบบทั้งสองประเภทนี้ต้องใช้เฟืองตัวหนอนซึ่งเคลื่อนที่ช้ามาก (ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ 15 องศาต่อชั่วโมง) สามารถยึดตำแหน่งได้อย่างมั่นคงแม้ลมพัด (แผงโซลาร์เซลล์มีลักษณะคล้ายใบเรือขนาดใหญ่) และสามารถใช้งานกลางแจ้งได้นานถึง 25 ปีโดยไม่ต้องบำรุงรักษามากนัก
ชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอน (worm gear slew drive) ซึ่งเป็นหน่วยรวมที่ประกอบด้วยเฟืองตัวหนอนคู่หนึ่ง ตลับลูกปืนหมุน และตัวเรือนปิดผนึก ได้กลายเป็นมาตรฐานสำหรับระบบติดตามแสงอาทิตย์ เนื่องจากสามารถตอบสนองความต้องการทั้งสามประการได้ในโมดูลแบบติดตั้งได้ง่ายเพียงโมดูลเดียว
ระบบล็อคอัตโนมัติจะยึดแผงโซลาร์เซลล์ให้อยู่ในมุมการติดตามที่กำหนดไว้ แม้จะเผชิญกับแรงลมกระโชก โดยไม่ต้องใช้มอเตอร์ มอเตอร์เฟืองตัวหนอนจะปิดอยู่ประมาณ 85 ถึง 95 เปอร์เซ็นต์ของเวลาทั้งหมด ตัวติดตามเฟืองตัวหนอนจะปรับตำแหน่งทีละเล็กน้อยทุกๆ 5 ถึง 15 นาที แล้วจึงล็อคไว้ ในระหว่างพายุลมแรง ตัวติดตามอาจพับราบ (แนวนอน) และระบบล็อคอัตโนมัติจะยึดไว้ในตำแหน่งนั้นเป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน
ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ด้วยอัตรา 15 องศาต่อชั่วโมง ชุดเฟืองตัวหนอนอัตราส่วน 60:1 ร่วมกับมอเตอร์ DC ขนาดเล็กที่ความเร็ว 30 รอบต่อนาที จะสร้างเอาต์พุต 0.5 รอบต่อนาที หรือ 3 องศาต่อนาทีที่แกนติดตาม ตัวควบคุมจะส่งสัญญาณพัลส์ไปยังมอเตอร์เฟืองตัวหนอนเป็นเวลาไม่กี่วินาทีทุกๆ 10 ถึง 15 นาที เพื่อติดตามดวงอาทิตย์ เวลาการทำงานของมอเตอร์ต่อวันโดยรวม: 15 ถึง 45 นาที
แผงโซลาร์เซลล์มีการรับประกันประสิทธิภาพ 25 ปี กลไกติดตามแสงอาทิตย์ต้องมีอายุการใช้งานที่ยาวนานเช่นเดียวกัน กล่าวคือ ไม่มีการซ่อมบำรุงตามกำหนด ไม่ต้องเปลี่ยนล้อ และไม่ต้องหล่อลื่นซ้ำในหลายๆ การติดตั้ง ซึ่งต้องใช้จาระบีที่ปิดผนึกตลอดอายุการใช้งาน ซีลกันรังสียูวี และตัวเรือนป้องกันการกัดกร่อนที่ทนทานต่อวัฏจักรความร้อนกลางวัน/กลางคืนมากกว่า 9,000 รอบ
รุ่นใช้งานตั้งแต่เช้าจรดค่ำ — รอบการติดตามรายวันตามข้อกำหนดอายุการใช้งาน 25 ปี
ชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับระบบติดตามแสงอาทิตย์มีลักษณะการทำงานที่เป็นเอกลักษณ์ คือ รับภาระเบามากในระหว่างการติดตาม (แรงบิดของมอเตอร์เท่านั้น ไม่มีภาระภายนอก) รับภาระคงที่หนักมากในระหว่างที่มีลมแรง (แรงลมเต็มที่ มอเตอร์ปิด) และมีวัฏจักรประจำวันที่คาดการณ์ได้สูง ซึ่งจะเกิดขึ้นซ้ำ 365 วันต่อปี เป็นเวลา 25 ปี แบบจำลองรุ่งอรุณถึงพลบค่ำใช้ในการวัดปริมาณของวัฏจักรนี้
แบบจำลองนี้เผยให้เห็นข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ: มอเตอร์แบบเฟืองตัวหนอนทำงานเพียง 120 ชั่วโมงต่อปี (การกลับในตอนเช้า + การเก็บในตอนเย็น + การติดตามเป็นระยะๆ) — แต่ฟังก์ชันการล็อคตัวเองทำงาน 8,640 ชั่วโมงต่อปี (ตลอด 24 ชั่วโมง ลบด้วยช่วงเวลาสั้นๆ ที่มอเตอร์ทำงาน) ตลอด 25 ปี ชั่วโมงการทำงานของมอเตอร์เฟืองตัวหนอนรวมแล้วเพียง 3,000 ชั่วโมง ซึ่งน้อยมากเมื่อเทียบกับการสึกหรอทางกล แต่ชั่วโมงการยึดอยู่กับที่ (การล็อคตัวเองภายใต้แรงลม) รวมแล้วประมาณ 216,000 ชั่วโมง ความท้าทายในการออกแบบไม่ได้อยู่ที่การสึกหรอทางกลจากการเคลื่อนไหว แต่เป็นการกัดกร่อนจากไฟฟ้าสถิต การเสื่อมสภาพของซีล และอายุการใช้งานของจาระบีตลอด 25 ปีของการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกอย่างต่อเนื่องโดยมีการหมุนน้อยมากเพื่อกระจายสารหล่อลื่น
แรงลม — แผงโซลาร์เซลล์ทำหน้าที่เหมือนใบเรือ และชุดเฟืองตัวหนอนทำหน้าที่เหมือนสมอเรือ
แผงโซลาร์เซลล์มีรูปทรงทางอากาศพลศาสตร์คล้ายกับแผ่นเรียบ ซึ่งเป็นรูปทรงที่ทำให้เกิดค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านอากาศสูงสุด (Cd 1.1 ถึง 1.3 สำหรับแผ่นเรียบที่ตั้งฉากกับลม) เมื่อเทียบกับโครงสร้างอื่นๆ แรงลมที่กระทำต่อแผงติดตามแสงอาทิตย์แบบแกนเดียวขนาด 60 ตารางเมตร ที่ความเร็วลมออกแบบ 40 เมตร/วินาที คือ F = 0.5 × 1.225 × 40² × 1.2 × 60 = ประมาณ 70,560 นิวตัน (ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดคือการวางตั้งฉากกับลม) ในทางปฏิบัติ แผงติดตามแสงอาทิตย์จะถูกพับเก็บในแนวราบ (ลดพื้นที่ใช้งานลง 80 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์) ก่อนที่ลมแรงจะมาถึง ทำให้แรงที่กระทำจริงลดลงเหลือประมาณ 7,000 ถึง 14,000 นิวตัน ในตำแหน่งพับเก็บ
แรงบิดที่ชุดขับเคลื่อนหมุนขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางแรงลมและแกนหมุนของตัวติดตาม สำหรับตัวติดตามแกนเดียวที่มีท่อแรงบิดยาว 12 เมตร ระยะห่างจะอยู่ที่ประมาณ 1 ถึง 3 เมตร (ความเยื้องศูนย์ระหว่างจุดศูนย์กลางแรงและแกน) ทำให้เกิดแรงบิดจากลม 7,000 ถึง 42,000 นิวตันเมตรในขณะเก็บ ชุดเฟืองตัวหนอนต้องต้านทานแรงบิดนี้ได้ในสภาวะคงที่โดยการล็อกตัวเอง และความสามารถในการยึดจับด้วยการล็อกตัวเองต้องเกินกว่าแรงบิดจากลมสูงสุดที่ออกแบบไว้ โดยมีปัจจัยด้านความปลอดภัย 1.5 ถึง 2.0 ตามมาตรฐานการออกแบบโครงสร้าง (ASCE 7, Eurocode 1)
บริษัทพัฒนาฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์แห่งหนึ่งในเกาหลีใต้ได้ติดตั้งระบบติดตามแสงอาทิตย์แบบแกนเดียวจำนวน 2,400 ชุดทั่วโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 50 เมกะวัตต์ โดยแต่ละชุดใช้ระบบขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอนที่มีแรงบิดยึด 3,500 นิวตันเมตร ในปีที่สาม พายุไต้ฝุ่นหินปูน (กันยายน 2022) ได้พัดพาเอาลมแรงต่อเนื่อง 45 เมตรต่อวินาทีมายังพื้นที่โครงการ ระบบติดตามแสงอาทิตย์ทั้งหมดถูกพับเก็บในแนวราบก่อนที่พายุจะมาถึง การตรวจสอบหลังพายุพบว่าระบบติดตามแสงอาทิตย์ 18 ชุดมีแผงโซลาร์เซลล์หมุนไป 15 ถึง 25 องศาจากตำแหน่งพับเก็บ เนื่องจากระบบล็อคอัตโนมัติหลุดออกภายใต้แรงบิดลมที่รุนแรง การตรวจสอบพบว่าแรงบิดลมที่คำนวณได้ที่ความเร็วลม 45 เมตรต่อวินาทีบนแผงโซลาร์เซลล์ที่พับเก็บแล้วมีค่า 4,200 นิวตันเมตร ซึ่งเกินกว่าแรงบิดยึดที่กำหนดไว้ 3,500 นิวตันเมตรถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ข้อกำหนดเดิมใช้ความเร็วลมออกแบบ 35 เมตร/วินาที (ซึ่งเป็นช่วงเวลาการเกิดซ้ำ 50 ปีของพื้นที่ติดตั้ง) แต่พายุไต้ฝุ่นที่เกิดขึ้นจริงมีความเร็วลมเกินกว่านี้ถึง 29 เปอร์เซ็นต์ ไม่มีความเสียหายทางโครงสร้างเกิดขึ้น (แผงโซลาร์เซลล์เอียงแต่ไม่หลุด) แต่ตัวติดตามแสงอาทิตย์ 18 ตัวจำเป็นต้องปรับตำแหน่งและจัดแนวใหม่ด้วยตนเอง การแก้ไข: เปลี่ยนชุดขับเคลื่อนหมุน 18 ตัวเป็นหน่วยที่มีพิกัด 6,000 นิวตันเมตร ส่วนตัวติดตามแสงอาทิตย์ที่เหลือ 2,382 ตัวยังคงใช้ชุดขับเคลื่อน 3,500 นิวตันเมตร (ซึ่งสามารถรับแรงลมได้ที่ความเร็วลม 45 เมตร/วินาที – ความเสียหาย 18 ครั้งเกิดขึ้นที่ขอบด้านรับลมของแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งความเร่งของลมทำให้เกิดแรงที่สูงขึ้นในบริเวณนั้น) บทเรียน: แรงบิดในการยึดของชุดขับเคลื่อนเฟืองตัวหนอนของตัวติดตามแสงอาทิตย์ต้องระบุสำหรับเหตุการณ์ลมแรงจัด ไม่ใช่ความเร็วลมเฉลี่ยในการออกแบบ – และตัวติดตามแสงอาทิตย์ที่อยู่แถวขอบในแผงขนาดใหญ่จะรับแรงลมสูงกว่าแถวภายใน 15 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์เนื่องจากการไหลของลม
กรณีศึกษาข้อกำหนดของระบบขับเคลื่อนเฟืองตัวหนอนติดตามแสงอาทิตย์สามแบบ
กรณีที่ 1 — โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ของเกาหลี: ระบบติดตามแสงอาทิตย์แบบแกนเดียว 2,400 ชุด ตั้งอยู่ในเขตพายุไต้ฝุ่น อายุการใช้งาน 25 ปี
โครงการโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 50 เมกะวัตต์ในเกาหลีใต้ได้ระบุให้ใช้ชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอนสำหรับตัวติดตามแสงอาทิตย์แบบแกนเดียวจำนวน 2,400 ตัว พื้นที่แผงต่อตัวติดตาม: 60 ตารางเมตร (24 โมดูล × 2.5 ตารางเมตร) ความยาวท่อแรงบิด: 12 เมตร ความเร็วลมในการออกแบบ: 45 เมตร/วินาที (ปรับแก้หลังพายุไต้ฝุ่นฮินนัมเนอร์) แรงบิดยึดล็อคตัวเองที่ต้องการ: 6,000 นิวตันเมตร (แถวขอบ), 4,500 นิวตันเมตร (แถวกลาง) ความเร็วเอาต์พุตการติดตาม: 0.5 รอบต่อนาที ชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอน: เริ่มต้นแบบเดี่ยว, โมดูล 3, ระยะห่างศูนย์กลาง 80 มิลลิเมตร, ตลับลูกปืนหมุนในตัว (Ø300 มิลลิเมตร), อัตราส่วน 62:1 มอเตอร์: 24 โวลต์ DC, 100 วัตต์ วัสดุ: เฟืองตัวหนอนชุบสังกะสี, ล้อบรอนซ์ฟอสฟอรัส ซีล: FKM สองชั้นพร้อมอีลาสโตเมอร์ทนรังสียูวี, IP66 จาระบี: โพลียูเรียสังเคราะห์ (ปิดผนึกตลอดอายุการใช้งาน — ไม่ต้องหล่อลื่นซ้ำใน 25 ปี) ตัวเรือน: เหล็กหล่อชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน ต้นทุนต่อชุดขับเคลื่อนหมุน: 280 ดอลลาร์สหรัฐ (รุ่นขอบแถว 6,000 นิวตันเมตร), 195 ดอลลาร์สหรัฐ (รุ่นภายใน 4,500 นิวตันเมตร) ต้นทุนรวมของชุดขับเคลื่อนหมุนสำหรับตัวติดตาม 2,400 ตัว: ประมาณ 520,000 ดอลลาร์สหรัฐ การประหยัดพลังงานต่อปีจากการติดตามเมื่อเทียบกับการเอียงคงที่: ประมาณ 14 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง × 0.08 ดอลลาร์สหรัฐ = 1,120,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปี — การลงทุนในชุดขับเคลื่อนหมุนจะคืนทุนภายในเวลาไม่ถึง 6 เดือน
กรณีที่ 2 — ระบบติดตามแสงอาทิตย์แบบสองแกนบนดาดฟ้าของญี่ปุ่น: ขนาด 10 ตารางเมตร ติดตั้งบนอาคาร ดีไซน์สวยงาม
บริษัทผลิตแผงโซลาร์เซลล์แบบบูรณาการกับอาคารของญี่ปุ่นแห่งหนึ่งได้ระบุให้ใช้ชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอนสำหรับระบบติดตามแสงอาทิตย์แบบสองแกนบนหลังคา (4 โมดูล, 10 ตร.ม.) โดยใช้ชุดขับเคลื่อนสองชุดต่อระบบติดตามหนึ่งชุด: ชุดหนึ่งสำหรับหมุนในแนวนอน (azimuth) และอีกชุดหนึ่งสำหรับปรับมุมเงย (elevation) การติดตั้งบนหลังคาต้องการขนาดกะทัดรัด (ชุดขับเคลื่อนต้องไม่ยื่นออกมาเกินพื้นที่ติดตั้งของระบบติดตาม) เสียงรบกวนต่ำ (อาคารที่พักอาศัย – ต่ำกว่า 45 dB(A) ในระหว่างการติดตาม) และตัวเรือนที่สวยงาม (เคลือบสีฝุ่นให้เข้ากับสีของโครงระบบติดตาม) ความเร็วลมในการออกแบบ: 35 ม./วินาที แรงบิดยึดต่อแกน: 800 นิวตันเมตร ชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอน: เริ่มต้นครั้งเดียว, โมดูล 2, ระยะห่างศูนย์กลาง 50 มม., ตลับลูกปืนในตัว Ø150 มม., อัตราส่วน 50:1 มอเตอร์: 12 V DC, 30 W. วัสดุ: เฟืองตัวหนอนชุบสังกะสี, ล้อ POM (ลดเสียงรบกวน — POM ที่ 38 dB(A) เทียบกับบรอนซ์ที่ 48 dB(A) ระหว่างการติดตาม) จาระบี: โพลียูเรียสังเคราะห์ ปิดผนึกตลอดอายุการใช้งาน ตัวเรือน: อะลูมิเนียมเคลือบสีฝุ่น (ลดน้ำหนักเพื่อรองรับน้ำหนักโครงสร้างบนหลังคา) ราคาต่อชุดขับเคลื่อน: 85 USD สองชุดต่อตัวติดตาม: 170 USD ดูรายละเอียดเพิ่มเติม เฟืองตัวหนอนขับเคลื่อนแบบหมุน ตัวเลือกสำหรับระบบติดตามแสงอาทิตย์แบบแกนเดียวและสองแกน
กรณีที่ 3 — แผงโซลาร์เซลล์ลอยน้ำจากเวียดนาม: แกนเดียว กันน้ำระดับ IP68 ทนต่อการกัดกร่อน
บริษัทพัฒนาโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ลอยน้ำแห่งหนึ่งในเวียดนามได้ระบุให้ใช้ชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอนสำหรับแผงโซลาร์เซลล์แบบแกนเดียวจำนวน 800 แผงบนผิวน้ำอ่างเก็บน้ำ การติดตั้งแบบลอยน้ำนี้มีความท้าทายเพิ่มเติมที่ไม่มีในแผงโซลาร์เซลล์แบบติดตั้งบนพื้นดิน ได้แก่ การจมอยู่ใต้น้ำเป็นระยะๆ ระหว่างคลื่นและฝนตกหนัก (ต้องมีมาตรฐาน IP68) การกัดกร่อนจากน้ำจืดเนื่องจากความชื้นอย่างต่อเนื่อง และการเกาะติดของสาหร่ายบนตัวเรือนภายนอก พื้นที่แผงต่อแผง: 40 ตารางเมตร (16 โมดูล) ความเร็วลมในการออกแบบ: 30 เมตร/วินาที (อ่างเก็บน้ำในแผ่นดิน – ต่ำกว่าชายฝั่ง) แรงบิดในการยึด: 2,800 นิวตันเมตร ชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอน: เริ่มต้นครั้งเดียว โมดูล 2.5 ระยะห่างศูนย์กลาง 63 มม. ตลับลูกปืนในตัว Ø200 มม. อัตราส่วน 55:1 วัสดุ: เฟืองตัวหนอนสแตนเลส 304 (สัมผัสกับน้ำอย่างต่อเนื่อง) ล้อบรอนซ์ฟอสฟอรัส ซีล: ซีลเชิงกลคู่ IP68 พร้อมห้องจาระบีแรงดัน ตัวเรือน: เหล็กหล่อเกรดสำหรับเรือเดินทะเลเคลือบอีพ็อกซี่พร้อมสีกันตะไคร่น้ำ ต้นทุนต่อชุดขับเคลื่อน: 340 ดอลลาร์สหรัฐ (คุณสมบัติ IP68 และสแตนเลสเพิ่มขึ้น 60 เปอร์เซ็นต์จากรุ่นติดตั้งบนพื้นดินที่มีราคา 195 ดอลลาร์สหรัฐ) รวมทั้งหมดสำหรับตัวติดตาม 800 ตัว: 272,000 ดอลลาร์สหรัฐ คุณสมบัติแบบลอยน้ำแสดงให้เห็นว่าสถาปัตยกรรมชุดขับเคลื่อนเฟืองตัวหนอนแบบเดียวกันนี้ใช้ได้กับการติดตั้งบนผิวน้ำ — ฟังก์ชันการล็อคตัวเองและการติดตามหลักนั้นเหมือนกัน โดยมีการปรับปรุงการป้องกันสิ่งแวดล้อมให้เหมาะสมกับการจุ่มลงในน้ำ
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: เฟืองตัวหนอนสำหรับระบบติดตามแสงอาทิตย์สามารถใช้งานได้นานถึง 25 ปีโดยไม่ต้องหล่อลื่นซ้ำจริงหรือไม่?
หากใช้จาระบีโพลียูเรียสังเคราะห์ที่ปิดผนึกอยู่ภายในตัวเรือนที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสม จำนวนชั่วโมงการทำงานที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์โดยรวมตลอด 25 ปี จะอยู่ที่เพียง 3,000 ชั่วโมง ซึ่งน้อยกว่าหนึ่งปีของการใช้งานเกียร์บ็อกซ์อุตสาหกรรมทั่วไป อายุการใช้งานของจาระบีภายใต้การใช้งานเบาและอุณหภูมิปานกลาง (อุณหภูมิแวดล้อมภายนอก) จะเกิน 25 ปี ปัจจัยที่จำกัดอายุการใช้งานไม่ใช่การเสื่อมสภาพของจาระบี แต่เป็นความสมบูรณ์ของซีล หากซีลชำรุดและน้ำเข้าไป จาระบีจะแตกตัวเป็นอิมัลชันและเกิดการกัดกร่อน ซีลของ FKM ที่มีสูตรทนต่อรังสียูวีจะคงความสมบูรณ์ได้นาน 15 ถึง 20 ปีภายใต้การสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอก เมื่อครบ 15 ปี การตรวจสอบซีลด้วยสายตาและการเติมจาระบีเพิ่มเติมผ่านจุดเติมจาระบีเป็นสิ่งที่ควรทำเพื่อป้องกันความเสียหาย โดยใช้เวลาเพิ่มขึ้น 15 นาทีต่อเครื่องติดตาม
ถาม: ฉันจะคำนวณแรงบิดจากลมที่กระทำต่อตัวติดตามดาวของฉันเพื่อใช้ในการกำหนดขนาดระบบขับเคลื่อนหมุนได้อย่างไร?
T_wind ที่ชุดขับเคลื่อนเฟืองตัวหนอน = F_wind × L_arm F_wind = 0.5 × ρ × v² × Cd × A_eff สำหรับแผงโซลาร์เซลล์แบบพับเก็บ (แบน): ρ = 1.225 kg/m³, Cd = 0.1 ถึง 0.2 (แผ่นเรียบที่มุมใกล้ศูนย์), A_eff = พื้นที่แผง × cos(มุมพับเก็บ) L_arm = ระยะห่างจากแกนหมุนถึงจุดศูนย์กลางแรงดัน (โดยทั่วไป 0.5 ถึง 2 เมตรสำหรับแผงโซลาร์เซลล์แบบแกนเดียว ขึ้นอยู่กับความสมมาตรของการจัดเรียงแผง) ใช้ค่าความปลอดภัย 1.5 ตามมาตรฐาน ASCE 7 หรือ Eurocode 1 สำหรับแผงโซลาร์เซลล์แบบแถวขอบ ให้คูณด้วย 1.2 ถึง 1.3 สำหรับการไหลของลม กรณีวิกฤตมักจะเป็นตำแหน่งพับเก็บในระหว่างที่มีลมแรงจัด ไม่ใช่ตำแหน่งการติดตามในระหว่างการใช้งานปกติ (แผงโซลาร์เซลล์จะพับเก็บก่อนที่ลมแรงจัดจะมาถึง)
ถาม: เหตุใดตัวติดตามแสงอาทิตย์บางรุ่นจึงใช้แอคทูเอเตอร์เชิงเส้นแทนที่จะใช้ไดรฟ์หมุน?
ตัวขับเคลื่อนเชิงเส้น (กระบอกสูบไฟฟ้า) ใช้กับระบบติดตามแสงอาทิตย์ขนาดเล็ก (พื้นที่แผงต่ำกว่า 30 ตารางเมตร) ซึ่งแรงบิดจากลมอยู่ในขีดความสามารถในการรับแรงของตัวขับเคลื่อนเชิงเส้น ตัวขับเคลื่อนเชิงเส้นนั้นเรียบง่ายกว่าชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอนและราคาถูกกว่าสำหรับแผงขนาดเล็ก แต่ไม่สามารถขยายขนาดไปใช้กับระบบติดตามแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ได้ เนื่องจากแรงขับที่ต้องการจะเพิ่มขึ้นตามพื้นที่แผง ในขณะที่เส้นผ่านศูนย์กลางและระยะชักของกระบอกสูบตัวขับเคลื่อนเชิงเส้นจะใช้งานไม่ได้ผลเมื่อแรงบิดเกินประมาณ 3,000 นิวตันเมตร ชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอนสามารถปรับขนาดได้อย่างมีประสิทธิภาพจนถึงแรงบิดยึด 20,000 นิวตันเมตรขึ้นไป ซึ่งครองตลาดระบบติดตามแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ (40 ถึง 100 ตารางเมตรขึ้นไปต่อระบบ) เทคโนโลยีทั้งสองนี้จึงอยู่ร่วมกัน: ตัวขับเคลื่อนเชิงเส้นสำหรับที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก และชุดขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอนสำหรับระบบขนาดใหญ่
ถาม: จะเกิดอะไรขึ้นหากระบบล็อกอัตโนมัติล้มเหลวระหว่างเกิดเหตุการณ์ลมแรง?
แผงโซลาร์เซลล์จะหมุนอย่างควบคุมไม่ได้จากตำแหน่งจัดเก็บ ทำให้พื้นที่รับลมเพิ่มขึ้นจากเกือบศูนย์ (ราบเรียบ) ไปจนถึงพื้นที่แผงเต็มที่ (ตั้งฉากกับลม) ซึ่งจะเพิ่มแรงลมอย่างมาก จากตำแหน่งจัดเก็บ 7,000 นิวตัน เป็น 70,000 นิวตัน ในแนวตั้งฉาก ทำให้เกิดการรับน้ำหนักเกินโครงสร้าง ซึ่งอาจทำให้ท่อแรงบิดงอ ตัวยึดแผงฉีกขาด หรือฐานรากของตัวติดตามหลุดได้ การที่ระบบล็อคตัวเองล้มเหลวในระหว่างที่มีลมแรงเป็นสถานการณ์ความเสียหายทางโครงสร้าง ไม่ใช่แค่ปัญหาการบำรุงรักษา ออกแบบแรงบิดยึดของระบบล็อคตัวเองด้วยเฟืองตัวหนอนโดยใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัย 1.5 ถึง 2.0 เท่าของแรงบิดลมสูงสุดที่คำนวณได้ ทดสอบระบบล็อคตัวเองที่ 150 เปอร์เซ็นต์ของแรงบิดยึดที่กำหนดในระหว่างการยอมรับจากโรงงาน – การทดสอบต้องแสดงให้เห็นว่าไม่มีการหมุนหลังจากรับน้ำหนักคงที่ 1 ชั่วโมง
ถาม: โดยทั่วไปแล้ว ต้นทุนของชุดขับเคลื่อนปรับทิศทางแสงอาทิตย์ต่อวัตต์ของกำลังการผลิตแสงอาทิตย์อยู่ที่เท่าไร?
สำหรับระบบติดตามแสงอาทิตย์แบบแกนเดียวขนาดใหญ่: ชุดขับหมุน (slew drive) มีราคา 195 ถึง 350 ดอลลาร์สหรัฐต่อระบบ และแต่ละระบบรองรับกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ได้ 15 ถึง 30 กิโลวัตต์ ซึ่งคิดเป็นประมาณ 0.007 ถึง 0.023 ดอลลาร์สหรัฐต่อวัตต์ของกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้ง – ประมาณ 1 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนระบบติดตามแสงอาทิตย์ทั้งหมด และ 0.3 ถึง 0.8 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด ชุดขับหมุนเป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่มีต้นทุนต่ำที่สุดต่อวัตต์ – แต่เป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่มีผลกระทบรุนแรงที่สุดหากเกิดความเสียหาย (ชุดขับหมุนที่เสียหายจะทำให้ระบบติดตามแสงอาทิตย์ทั้งหมดหยุดทำงาน สูญเสียกำลังการผลิต 15 ถึง 30 กิโลวัตต์จนกว่าจะได้รับการซ่อมแซม)
ระบบขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอนสำหรับติดตามแสงอาทิตย์ทำงานในสภาวะการทำงานที่แตกต่างจากแอปพลิเคชันอื่นๆ ในซีรีส์นี้อย่างสิ้นเชิง — การสึกหรอทางกลที่เบามาก (3,000 ชั่วโมงการทำงานของมอเตอร์ใน 25 ปี) ผสานกับความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ต้องการสูงมาก (216,000 ชั่วโมงของการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกอาคารแบบคงที่พร้อมการรับแรงลมอย่างต่อเนื่อง) รูปแบบการทำงานตั้งแต่รุ่งอรุณถึงพลบค่ำได้กำหนดวงจรการทำงานที่เป็นเอกลักษณ์นี้ให้ตรงกับพารามิเตอร์ที่สำคัญ ได้แก่ แรงบิดในการยึดจับแบบล็อคตัวเองสำหรับเหตุการณ์ลมแรง (แรงออกแบบที่สำคัญที่สุด) อายุการใช้งานของซีลและจาระบีสำหรับการใช้งานกลางแจ้งโดยไม่ต้องบำรุงรักษาเป็นเวลา 25 ปี (ปัจจัยจำกัดอายุการใช้งานที่สำคัญที่สุด) และความทนทานต่อรังสียูวีและการกัดกร่อนสำหรับการใช้งานหลายทศวรรษ ระบบขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอนได้กลายเป็นมาตรฐานสำหรับระบบติดตามแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ เนื่องจากไม่มีเทคโนโลยีการขับเคลื่อนอื่นใดที่ให้ความต้านทานต่อลมแบบล็อคตัวเอง ความสามารถในการติดตามที่ช้าเป็นพิเศษ และความทนทานต่อสภาพแวดล้อมกลางแจ้ง 25 ปีในโมดูลแบบบูรณาการเดียวในราคาที่เศรษฐศาสตร์พลังงานแสงอาทิตย์ต้องการ
สำหรับผู้ผลิตระบบติดตามแสงอาทิตย์และผู้พัฒนาฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ ฝ่ายวิศวกรรมของเราจะคำนวณแรงบิดจากลมจากรูปแบบการจัดวางแผงโซลาร์เซลล์และข้อมูลลมในพื้นที่ติดตั้ง แคตตาล็อกมาตรฐาน ชุดเฟืองตัวหนอนขับเคลื่อนแบบหมุน ครอบคลุมการใช้งานแบบแกนเดี่ยวและแกนคู่ สำหรับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางแบริ่ง Ø150 ถึง Ø400 มม. และแรงบิดยึด 800 ถึง 8,000 N·m ส่งคำขอ ข้อมูลจำเพาะของระบบขับเคลื่อนติดตามแสงอาทิตย์ โดยพิจารณาจากพื้นที่แผงโซลาร์เซลล์ ความเร็วลมในการออกแบบ ประเภทตัวติดตามแสงอาทิตย์ (แกนเดียว/สองแกน) และเขตภูมิอากาศของพื้นที่ติดตั้ง
การระบุชุดขับเคลื่อนการหมุนสำหรับระบบติดตามแสงอาทิตย์?
โปรดส่งข้อมูลพื้นที่แผงโซลาร์เซลล์ ความเร็วลมที่ออกแบบ ประเภทตัวติดตามลม สภาพภูมิอากาศ ณ สถานที่ติดตั้ง และจำนวนแผง เราจะคำนวณแรงบิดจากลม แนะนำระดับแรงบิดที่เหมาะสม และตรวจสอบอายุการใช้งาน 25 ปีสำหรับการติดตั้งของคุณ
บรรณาธิการ: Cxm
