Kore Ever-Power · Uygulama Mühendisliği Kılavuzu
Güneş Takip Sistemi Döndürme Tahrik Sistemleri için Sonsuz Dişli ve Sonsuz Dişli Çarkı
5.000 takip cihazına sahip bir güneş enerjisi santrali, 25 yıl boyunca her gün güneşi doğudan batıya doğru takip eder; bu da her takip cihazı için yaklaşık 9.000 gün doğumu-gün batımı döngüsüne denk gelir. Her bir takip cihazı, rüzgarda yelken gibi hareket eden ve rüzgar hızına bağlı olarak 2.000 ila 8.000 N arasında itme yükü üreten 60 metrekarelik güneş panellerini barındırır. Döndürme tahrik sisteminin içindeki sonsuz dişli çifti, panel ile rüzgar arasındaki tek bileşendir; 40 m/s'lik bir rüzgar esintisinde konumunu korumalı, saatte 15 derece hızla düzgün bir şekilde hareket etmeli ve 25 yıl boyunca dış mekan UV ışınlarına, yağmura ve sıcaklık değişimlerine büyük bir onarım gerektirmeden dayanmalıdır.
Güneş takip sistemlerinin döndürme tahrik sistemleri, sonsuz dişli çiftleri kullanır çünkü kendiliğinden kilitlenme özelliği, sürekli motor gücüne ihtiyaç duymadan panel açısını rüzgar yüklerine karşı korur; düşük takip hızı (tek eksen için saatte 15 derece), sonsuz dişli çiftinin yüksek oranlı, düşük hızlı çıkışıyla uyumludur ve entegre döndürme tahrik sistemi formatı (tek bir sızdırmaz ünitede sonsuz dişli çifti, yatak ve gövde) kompakt, sahada kurulabilir bir modül sağlar. Gün doğumu-gün batımı çalışma modeli, günlük takip döngüsünü yıllık çalışma saatlerine (3.000 ila 5.000), 25 yıllık kullanım ömrüne (75.000 ila 125.000 çalışma saati) ve bu aşırı hizmet ömrünün gerektirdiği bakım planlamasına eşler. Rüzgar yükü, baskın tasarım kuvvetidir; 40 m/s rüzgarda 60 m²'lik bir panel yaklaşık 12.000 N itme kuvveti üretir ve moment koluna bağlı olarak döndürme tahrik sisteminde 2.400 ila 6.000 N·m tork üretir. Sonsuz dişli çifti, motor kapalıyken (ki bu zamanın 'ını oluşturur) kendiliğinden kilitlenerek bu yükü statik olarak tutmalıdır (izleyici yavaşça hareket eder, ardından paneller güç üretirken konumunu korur).
Güneş takip sistemlerinde sonsuz dişli tahrik sisteminin kullanılmasının nedenleri
Güneş takip sistemi, güneş panellerini gökyüzünde güneşin hareketini takip edecek şekilde döndürerek, sabit eğimli bir sisteme kıyasla enerji yakalama oranını ila artırır. Tek eksenli takip sistemleri, yatay kuzey-güney ekseni etrafında doğu-batı yönünde döner. Çift eksenli takip sistemleri ise mevsimsel yükseklik ayarlaması için bir eğim ekseni ekler. Her iki tip de çok yavaş hareket eden (güneş saatte 15 derece hareket eder), rüzgara karşı konumunu sabit tutan (panel büyük bir yelken görevi görür) ve minimum bakım ile dış mekanlarda 25 yıl dayanabilen bir sonsuz dişli tahrik sistemi gerektirir.
Sonsuz dişli döndürme tahrik sistemi - bir sonsuz dişli çifti, bir döndürme yatağı ve sızdırmaz bir muhafaza içeren entegre bir ünite - tüm bu üç gereksinimi tek bir cıvatalı modülde sağladığı için güneş takip sistemleri için standart haline gelmiştir.
Kendiliğinden kilitlenen mekanizma, motor gücüne ihtiyaç duymadan paneli rüzgarın şiddetli esintilerine karşı izleme açısında tutar. Sonsuz dişli motoru zamanın ila 'inde kapalıdır; sonsuz dişli izleyici, konumunu her 5 ila 15 dakikada bir küçük artışlarla ayarlar ve ardından sabitler. Bir rüzgar fırtınası sırasında, izleyici düz (yatay) bir şekilde saklanabilir ve kendiliğinden kilitlenen mekanizma onu saatlerce veya günlerce bu konumda tutar.
Güneş saatte 15 derece hareket eder. 60:1 oranında bir sonsuz dişli çifti ve 30 RPM'de çalışan küçük bir DC motor, izleme ekseninde dakikada 3 dereceye denk gelen 0,5 RPM çıkış üretir. Kontrol ünitesi, güneşi takip etmek için sonsuz dişli motoruna her 10 ila 15 dakikada bir birkaç saniye boyunca darbe gönderir. Motorun günlük toplam çalışma süresi: 15 ila 45 dakika.
Güneş panelleri 25 yıllık performans garantisine sahiptir. Takip mekanizmasının da bu ömre uygun olması gerekir; birçok kurulumda planlı bakım, tekerlek değişimi veya yeniden yağlama gerekmez. Bu, ömür boyu sızdırmazlık sağlayan gres yağı, UV ışınlarına dayanıklı contalar ve 9.000'den fazla gündüz/gece termal döngüsüne dayanabilen korozyona karşı korumalı gövdeler gerektirir.
Gün doğuşundan gün batımına kadar çalışma modeli — 25 yıllık kullanım ömrü spesifikasyonuna uygun günlük takip döngüsü
Güneş takip sisteminin sonsuz dişli çifti benzersiz bir çalışma profiline sahiptir: takip sırasında çok hafif yükler (sadece motor torku, harici yük yok), rüzgar olayları sırasında çok ağır statik yükler (tam rüzgar itişi, motor kapalı) ve 25 yıl boyunca yılda 365 gün tekrarlanan son derece tahmin edilebilir bir günlük döngü. Gün doğumu-gün batımı modeli bu döngüyü nicel olarak ifade eder.
Model, kritik bir içgörü ortaya koyuyor: Sonsuz dişli çifti motoru yılda sadece 120 saat çalışıyor (sabah dönüşü + akşam depolama + aralıklı izleme darbeleri) — ancak kendiliğinden kilitleme fonksiyonu yılda 8.640 saat aktif (tam 24 saatlik gün eksi kısa motor çalışma süreleri). 25 yıl boyunca, sonsuz dişli motorunun toplam çalışma saati sadece 3.000 saattir — mekanik aşınma için önemsiz derecede düşük. Ancak toplam statik tutma saatleri (rüzgar yükü altında kendiliğinden kilitleme) yaklaşık 216.000 saattir. Tasarım zorluğu, hareketten kaynaklanan mekanik aşınma değil, statik korozyon, conta bozulması ve yağlama yağının ömrüdür; bu sorunlar, yağlama yağını yeniden dağıtmak için minimum dönüşle 25 yıl boyunca sürekli dış mekan maruziyetine bağlıdır.
Rüzgar yükü — panel bir yelken, sonsuz dişli çark çifti ise bir çapa görevi görüyor.
Güneş paneli dizisi aerodinamik olarak düz bir plakaya benzer; bu şekil, herhangi bir yapının en yüksek sürüklenme katsayısını (rüzgara dik düz plaka için Cd 1,1 ila 1,3) üretir. 40 m/s tasarım rüzgar hızında 60 m²'lik tek eksenli bir takip sistemine etki eden rüzgar itme kuvveti F = 0,5 × 1,225 × 40² × 1,2 × 60 = yaklaşık 70.560 N'dir (en kötü durumda dik yönde). Pratikte, takip sistemi aşırı rüzgar gelmeden önce düz bir şekilde katlanır (etkin alanı ila oranında azaltır), bu da katlanmış pozisyonda gerçek kuvveti yaklaşık 7.000 ila 14.000 N'ye düşürür.
Dönme tahrikindeki tork, rüzgar kuvveti basınç merkezi ile izleyici dönüş ekseni arasındaki moment koluna bağlıdır. 12 metrelik tork borusuna sahip tek eksenli bir izleyici için: moment kolu yaklaşık 1 ila 3 metredir (kuvvet merkezi ile eksen arasındaki eksantriklik), bu da depolama sırasında 7.000 ila 42.000 N·m rüzgar torku üretir. Sonsuz dişli çifti, kendiliğinden kilitlenme yoluyla bu torka statik olarak direnmelidir ve kendiliğinden kilitlenme tutma kapasitesi, yapısal tasarım kodlarına (ASCE 7, Eurocode 1) göre 1,5 ila 2,0 güvenlik faktörüyle maksimum tasarım rüzgar torkunu aşmalıdır.
Koreli bir güneş enerjisi santrali geliştiricisi, 50 MW'lık bir fotovoltaik santrale 2.400 adet tek eksenli takip sistemi kurdu. Her bir takip sistemi, 3.500 N·m tutma torkuna sahip bir sonsuz dişli tahrik sistemi kullanıyordu. Üçüncü yılda, Hinnamnor Tayfunu (Eylül 2022) tesise sürekli 45 m/s hızında rüzgarlar getirdi. Tayfun gelmeden önce tüm takip sistemleri düz bir şekilde katlanmıştı. Tayfun sonrası yapılan incelemede, panel dizisi katlama konumundan 15 ila 25 derece dönmüş 18 takip sistemi bulundu; aşırı rüzgar torku altında kendiliğinden kilitlenme mekanizması kaymıştı. Araştırma: Katlanmış panellerde 45 m/s hızında hesaplanan rüzgar torku 4.200 N·m idi; bu da 3.500 N·m'lik nominal tutma torkunu aşıyordu. Orijinal şartnamede 35 m/s'lik bir tasarım rüzgarı (sahanın 50 yıllık geri dönüş periyodu) kullanılmıştı, ancak gerçek tayfun bu değeri aştı. Yapısal hasar meydana gelmedi (paneller eğildi ancak yerinden çıkmadı), ancak 18 takip cihazının manuel olarak yeniden konumlandırılması ve hizalanması gerekti. Düzeltici işlem: 18 döner tahrik ünitesi 6.000 N·m değerinde ünitelerle değiştirildi. Kalan 2.382 takip cihazında 3.500 N·m'lik tahrik üniteleri kullanıldı (bu üniteler 45 m/s'lik rüzgarda dayanmıştı - 18 arıza, rüzgar ivmesinin yerel olarak daha yüksek kuvvetler ürettiği dizinin rüzgar alan kenarında meydana geldi). Ders: Güneş takip cihazı sonsuz dişli döner tahrik ünitesinin tutma torku, ortalama tasarım rüzgarı için değil, aşırı rüzgar olayı için belirtilmelidir - ve büyük dizilerdeki kenar sıra takip cihazları, rüzgar kanallanması nedeniyle iç sıralara göre ila daha yüksek rüzgar yüklerine maruz kalır.
Üç adet güneş takip sistemi sonsuz dişli dönüş tahrik sistemi teknik özellik örneği
Örnek 1 — Kore'deki kamuya ait güneş enerjisi santrali: 2.400 adet tek eksenli takip sistemi, tayfun bölgesi, 25 yıllık ömür.
Kore'de bulunan 50 MW'lık bir güneş enerjisi santrali, 2400 adet tek eksenli takip sistemi için sonsuz dişli döndürme tahrik sistemleri belirlemiştir. Takip sistemi başına panel alanı: 60 m² (24 modül × 2,5 m²). Tork borusu uzunluğu: 12 metre. Tasarım rüzgarı: 45 m/s (Hinnamnor Tayfunu sonrası düzeltilmiş). Kendiliğinden kilitlenen tutma torku gereksinimi: 6000 N·m (kenar sıralar), 4500 N·m (iç sıralar). Takip çıkış hızı: 0,5 RPM. Sonsuz dişli döndürme tahrik sistemi: tek başlatmalı, modül 3, merkez mesafesi 80 mm, entegre döndürme yatağı (Ø300 mm), oran 62:1. Motor: 24 V DC, 100 W. Malzeme: çinko kaplı sonsuz dişli, fosfor bronz tekerlek. Conta: UV'ye dayanıklı elastomerli FKM çift dudaklı, IP66. Yağlama: sentetik poliüre (ömür boyu sızdırmaz - 25 yıl boyunca yeniden yağlama gerekmez). Gövde: sıcak daldırma galvanizli dökme demir. Döner tahrik ünitesi başına maliyet: 280 USD (kenar sıralı 6.000 N·m versiyonu), 195 USD (iç 4.500 N·m versiyonu). 2.400 paletli ...
Örnek 2 — Japon yapımı çatı üstü çift eksenli takip sistemi: 10 m², binaya monte, estetik
Japonya merkezli, binaya entegre güneş enerjisi şirketi, çift eksenli çatı üstü takip sistemi (4 modül, 10 m²) için sonsuz dişli döndürme tahrik sistemleri belirledi. Takip sistemi başına iki döndürme tahrik sistemi: biri azimut (yatay dönüş) ve diğeri yükseklik (eğim) için. Çatı üstü kurulumu, kompakt boyutlar (döndürme tahrik sistemi, takip sisteminin kapladığı alanın ötesine uzanmamalıdır), düşük gürültü (konut binası - takip sırasında 45 dB(A)'nın altında) ve estetik bir gövde (takip sistemi çerçevesinin rengine uygun toz boyalı) gerektiriyordu. Tasarım rüzgarı: 35 m/s. Eksen başına tutma torku: 800 N·m. Sonsuz dişli döndürme tahrik sistemi: tek başlatmalı, modül 2, merkez mesafesi 50 mm, entegre rulman Ø150 mm, oran 50:1. Motor: 12 V DC, 30 W. Malzeme: çinko kaplı sonsuz dişli, POM tekerlek (gürültü azaltma - takip sırasında bronza kıyasla POM 38 dB(A)'da 48 dB(A)). Yağlama yağı: sentetik poliüre, ömür boyu sızdırmaz. Gövde: toz boyalı alüminyum (çatıdaki yapısal yük için ağırlık azaltma). Döner tahrik ünitesinin maliyeti: 85 USD. Takip cihazı başına iki adet: 170 USD. Gözat sonsuz dişli dönüş tahrik sistemi Güneş takip sistemlerinin tek eksenli ve çift eksenli uygulamaları için seçenekler.
Örnek 3 — Vietnam yapımı yüzer güneş enerjisi sistemi: tek eksenli, IP68 su altında kullanılabilir, korozyona dayanıklı.
Vietnamlı bir yüzer güneş enerjisi geliştiricisi, bir rezervuar yüzeyine monte edilecek 800 adet tek eksenli takip sistemi için sonsuz dişli döndürme tahrik sistemleri belirledi. Yüzer kurulum, karaya monte edilen takip sistemlerinde bulunmayan ek zorluklar getirdi: dalga hareketi ve şiddetli yağmur sırasında aralıklı olarak suya batma (IP68 gerekli), sürekli nem maruziyetinden kaynaklanan tatlı su korozyonu ve gövde dış yüzeyinde yosun kirlenmesi. Takip sistemi başına panel alanı: 40 m² (16 modül). Tasarım rüzgarı: 30 m/s (iç rezervuar - kıyıya göre daha düşük). Tutma torku: 2.800 N·m. Sonsuz dişli döndürme tahrik sistemi: tek başlatmalı, modül 2,5, merkez mesafesi 63 mm, entegre rulman Ø200 mm, oran 55:1. Malzeme: 304 paslanmaz çelik sonsuz dişli (sürekli suya maruz kalma), fosfor bronz tekerlek. Conta: Basınçlı gres haznesi bulunan IP68 çift mekanik conta. Gövde: Epoksi kaplı denizcilik sınıfı dökme demir, kirlenme önleyici boya ile. Döner tahrik ünitesi başına maliyet: 340 USD (IP68 ve paslanmaz çelik özellikleri, eşdeğer kara montajlı versiyona göre daha fazla maliyet getirmiştir (195 USD)). 800 adet takip ünitesi için toplam maliyet: 272.000 USD. Yüzer özellik, aynı sonsuz dişli döner tahrik ünitesi mimarisinin su yüzeyi kurulumları için de geçerli olduğunu göstermektedir; temel kendiliğinden kilitleme ve takip fonksiyonları aynıdır, sadece çevresel koruma, suya batma durumuna uygun olarak yükseltilmiştir.
Sıkça sorulan sorular
S: Bir güneş takip sisteminin sonsuz dişli tahrik mekanizması, yeniden yağlanmadan gerçekten 25 yıl dayanabilir mi?
Uygun şekilde tasarlanmış bir muhafaza içine yerleştirilmiş sentetik poliüre gres ile, evet, 25 yıl boyunca toplam motor tahrikli çalışma saatleri sadece 3.000'dir; bu da tipik bir endüstriyel dişli kutusu için bir yıldan daha az bir çalışma süresidir. Bu hafif iş ve orta sıcaklıkta (dış ortam) gres ömrü 25 yılı aşmaktadır. Ömrü sınırlayan faktör gres bozulması değil, conta bütünlüğüdür; conta arızalanır ve su girerse, gres emülsiyonlaşır ve korozyon başlar. UV ışınlarına dayanıklı formülasyona sahip FKM contalar, dış mekan maruziyetinde 15 ila 20 yıl boyunca bütünlüğünü korur. 15. yılda, görsel conta kontrolü ve isteğe bağlı olarak gres nipeli aracılığıyla gres takviyesi, her takip cihazı için 15 dakika ek işçilik gerektiren ihtiyatlı bir önlemdir.
S: Döndürme tahrik sisteminin boyutlandırılması için takip cihazımdaki rüzgar torkunu nasıl hesaplarım?
Sonsuz dişli dönüş tahrikinde rüzgar hızı = rüzgar hızı × kol uzunluğu. Rüzgar hızı = 0,5 × ρ × v² × Cd × Aeff. Katlanmış (düz) bir izleyici için: ρ = 1,225 kg/m³, Cd = 0,1 ila 0,2 (sıfıra yakın açıda düz plaka), Aeff = panel alanı × cos(katlama açısı). Kol uzunluğu = dönme ekseninden basınç merkezine olan mesafe (tek eksenli izleyiciler için panel düzeninin simetrisine bağlı olarak tipik olarak 0,5 ila 2 metre). ASCE 7 veya Eurocode 1'e göre 1,5'lik bir güvenlik faktörü uygulayın. Kenar sıralı izleyiciler için, rüzgar kanallanması için 1,2 ila 1,3 ile çarpın. Kritik durum genellikle aşırı rüzgar sırasında katlanmış konumdur - normal çalışma sırasındaki izleme konumu değil (izleyiciler aşırı rüzgar gelmeden önce katlanır).
S: Bazı güneş takip sistemleri neden döner tahrik sistemleri yerine doğrusal aktüatörler kullanıyor?
Doğrusal aktüatörler (elektrikli silindirler), rüzgar torkunun doğrusal aktüatörün itme kapasitesi dahilinde olduğu daha küçük takip sistemlerinde (30 m²'nin altındaki panel alanı) kullanılır. Doğrusal aktüatörler, sonsuz dişli döner tahrik sistemlerinden daha basittir ve küçük paneller için daha ucuzdur, ancak gerekli itme kuvveti panel alanı ile birlikte artarken, doğrusal aktüatör silindir çapı ve strok uzunluğu yaklaşık 3.000 N·m torkun üzerinde pratik olmaktan çıktığı için büyük takip sistemlerine ölçeklenemezler. Döner tahrik sistemleri, 20.000+ N·m tutma torkuna kadar verimli bir şekilde ölçeklenebilir; bunlar, şebeke ölçekli takip sistemleri pazarında (takip sistemi başına 40 ila 100+ m²) baskın konumdadır. İki teknoloji bir arada bulunur: konut ve küçük ticari alanlar için doğrusal aktüatörler, şebeke ölçekli alanlar için döner tahrik sistemleri.
S: Rüzgarlı bir hava olayında otomatik kilitleme mekanizması arızalanırsa ne olur?
Panel dizisi, depolama konumundan kontrolsüz bir şekilde dönerek, etkili rüzgar alanını sıfıra yakın (düz) konumdan tam panel alanına (rüzgara dik) çıkarır. Bu, rüzgar kuvvetini önemli ölçüde artırır - depolama konumundaki 7.000 N'den dik konumdaki 70.000 N'ye - bu da tork borusunu bükebilecek, panel kelepçelerini koparabilecek veya takip sisteminin temelini yerinden sökebilecek yapısal bir aşırı yüklenmeye neden olur. Rüzgar olayında kendiliğinden kilitlenme arızası, sadece bir bakım sorunu değil, yapısal bir arıza senaryosudur. Sonsuz dişli kendiliğinden kilitlenme tutma torkunu, hesaplanan aşırı rüzgar torkunun 1,5 ila 2,0 üzerinde bir güvenlik faktörüyle tasarlayın. Fabrika kabulü sırasında kendiliğinden kilitlenmeyi nominal tutma torkunun 0'sinde test edin - test, 1 saatlik statik yüklemeden sonra sıfır dönüş göstermelidir.
S: Güneş paneli takip sisteminin dönme tahrik ünitesinin tipik maliyeti, güneş enerjisi kapasitesinin watt başına ne kadardır?
Şebeke ölçekli tek eksenli takip sistemleri için: dönüş tahrik ünitesinin maliyeti takip sistemi başına 195 ila 350 ABD doları arasında değişmekte olup, her takip sistemi 15 ila 30 kW güneş enerjisi kapasitesini desteklemektedir. Bu, kurulu güneş enerjisi kapasitesinin watt başına yaklaşık 0,007 ila 0,023 ABD dolarına denk gelmektedir; bu da toplam takip sistemi maliyetinin yaklaşık %1 ila %3'ünü ve toplam güneş enerjisi santrali maliyetinin %0,3 ila %0,8'ini oluşturmaktadır. Dönüş tahrik ünitesi, watt başına en düşük maliyetli bileşenlerden biridir, ancak arızalanması durumunda en yüksek sonuçlara yol açan bileşenlerden biridir (arızalanan bir dönüş tahrik ünitesi, tüm takip sistemini devre dışı bırakarak onarılana kadar 15 ila 30 kW üretim kaybına neden olur).
Güneş takip sistemlerinde kullanılan sonsuz dişli tahrik üniteleri, bu serideki diğer uygulamalardan farklı bir çalışma rejiminde çalışır: son derece düşük mekanik aşınma (25 yılda 3.000 motor saati) ve son derece zorlu çevresel dayanıklılık (sürekli rüzgar yükü tutma özelliğiyle 216.000 saat dış mekan statik maruziyeti). Gün doğumu-gün batımı çalışma modeli, bu benzersiz döngüyü önemli olan spesifikasyon parametrelerine uyarlar: rüzgar olayları için kendiliğinden kilitlenen tutma torku (baskın tasarım kuvveti), 25 yıl bakım gerektirmeyen dış mekan maruziyeti için conta ve gres ömrü (ömrü sınırlayan baskın faktör) ve çok on yıllık hizmet için UV ve korozyon direnci. Sonsuz dişli tahrik ünitesi, güneş enerjisi ekonomisinin gerektirdiği maliyet noktasında, kendiliğinden kilitlenen rüzgar direnci, ultra yavaş takip yeteneği ve 25 yıllık dış mekan dayanıklılığını tek bir entegre modülde sunmayan başka bir tahrik teknolojisi olmadığı için, büyük ölçekli güneş takip sistemleri için standart haline gelmiştir.
Güneş takip sistemi üreticileri ve güneş enerjisi santrali geliştiricileri için, mühendislik departmanımız panel konfigürasyonunuzdan ve saha rüzgar verilerinden rüzgar torkunu hesaplar. Standart katalog döner tahrikli sonsuz dişli takımları Ø150 ila Ø400 mm rulman çapına ve 800 ila 8.000 N·m tutma torkuna sahip tek eksenli ve çift eksenli uygulamaları kapsar. Bir başvuru gönderin. güneş takip sistemi tahrik sistemi özellikleri Panel alanı, tasarım rüzgar hızı, takip sistemi tipi (tek/çift eksenli) ve saha iklim bölgesi ile birlikte.
Güneş takip sistemleri için döner tahrik sistemleri mi belirtiyorsunuz?
Panel alanını, tasarım rüzgar hızını, takip sistemi tipini, saha iklimini ve miktarını gönderin. Biz de rüzgar torkunu hesaplayıp, tutma torku sınıfını önerecek ve kurulumunuz için 25 yıllık kullanım ömrü doğrulaması sağlayacağız.
Editör: Cxm
