सोलर ट्रैकिंग सिस्टम में ओल्डहैम कपलिंग: आउटडोर ड्राइव में थर्मल विस्तार का प्रबंधन

सोलर ट्रैकिंग सिस्टम सबसे अधिक ऊष्मीय रूप से गतिशील यांत्रिक वातावरणों में से एक हैं जिनका सामना कपलिंग को करना पड़ता है। एक ट्रैकर ड्राइव मोटर, गियरबॉक्स और ड्राइव शाफ्ट प्रत्येक दिन परिवेश के तापमान पर शुरू होते हैं - जो रेगिस्तानी सौर प्रतिष्ठानों में सर्दियों की सुबह में हिमांक से नीचे हो सकता है - और दोपहर तक परिचालन तापमान तक पहुँच जाते हैं, जब ट्रैकर संरचना पर सीधी सौर विकिरण और उच्च परिवेश तापमान के संयोजन से संरचनात्मक इस्पात का तापमान सुबह के सामान्य तापमान से 60 से 80 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ सकता है। यह ऊष्मीय चक्र सौर प्रतिष्ठान के 25 से 30 वर्षों के डिज़ाइन जीवनकाल के दौरान प्रतिदिन दोहराया जाता है, जिससे प्रत्येक संरचनात्मक सदस्य और ड्राइव घटक पर हजारों ऊष्मीय विस्तार और संकुचन चक्र संचित होते हैं।

ट्रैकर के ड्राइव मोटर और एक्चुएटर को टॉर्क ट्यूब या स्लीविंग ड्राइव से जोड़ने वाले कपलिंग को दैनिक तापीय विस्तार के परिणामस्वरूप होने वाले शाफ्ट के पार्श्व विस्थापन को अवशोषित करना चाहिए, बिना मोटर या गियरबॉक्स बियरिंग पर विनाशकारी रेडियल बल संचारित किए - और इसे यूवी किरणों के संपर्क, धूल, अत्यधिक तापमान और न्यूनतम रखरखाव पहुंच वाले बाहरी वातावरण में दशकों तक विश्वसनीय रूप से ऐसा करना चाहिए। ओल्डहैम कपलिंग यह उत्पाद अपनी पार्श्व ऑफसेट अवशोषण क्षमता, शुष्क-संचालन पॉलिमर डिस्क और बाहरी स्थापना के लिए उपयुक्त संक्षारण-प्रतिरोधी सामग्रियों में उपलब्धता के साथ इस चुनौती का समाधान करता है।

ट्रैकर ड्राइव में तापीय विस्तार के कारण शाफ्ट में विसंगति कैसे उत्पन्न होती है?

एक सामान्य क्षैतिज एकल-अक्षीय ट्रैकर (एचएसएटी) में एक स्टील टॉर्क ट्यूब होती है, जो अपनी लंबाई के अनुदिश नियमित अंतरालों पर बियरिंग पर टिकी होती है, और केंद्रीय सपोर्ट पर लगे लीनियर एक्चुएटर या स्लीविंग ड्राइव द्वारा संचालित होती है। मोटर और गियरबॉक्स ड्राइव बिंदु के निकट एक स्थिर सपोर्ट संरचना पर लगे होते हैं, जिसमें एक कपलिंग गियरबॉक्स आउटपुट शाफ्ट को टॉर्क ट्यूब ड्राइव इंटरफ़ेस से जोड़ती है।

दिन के दौरान ट्रैकर संरचना के गर्म होने से स्टील टॉर्क ट्यूब और मोटर सपोर्ट संरचना ऊष्मीय रूप से फैलती हैं। चूंकि दोनों संरचनाओं की ज्यामिति, सूर्य के सापेक्ष अभिविन्यास और ऊष्मीय द्रव्यमान भिन्न-भिन्न होते हैं, इसलिए वे बिल्कुल एक ही दर या एक ही दिशा में नहीं फैलतीं। परिणामस्वरूप, गियरबॉक्स आउटपुट शाफ्ट और टॉर्क ट्यूब ड्राइव अक्ष के बीच शाफ्ट का पार्श्व विस्थापन दैनिक चक्र में होता है - यह विस्थापन अधिकतम तापमान अंतर पर 0.2 से 0.8 मिमी तक हो सकता है, जो इंस्टॉलेशन ज्यामिति और मोटर माउंट तथा टॉर्क ट्यूब बेयरिंग के बीच की दूरी पर निर्भर करता है।

इस स्थिति में एक कठोर कपलिंग थर्मल असंतुलन को गियरबॉक्स आउटपुट शाफ्ट बेयरिंग और टॉर्क ट्यूब बेयरिंग दोनों पर बेंडिंग लोड के रूप में संचारित करती है। प्रतिदिन हजारों थर्मल चक्रों (लगभग 3,650 चक्र प्रति दशक) के दौरान, यह चक्रीय भार एक थकान भार है जो धीरे-धीरे बेयरिंग के जीवन को कम करता है। न्यूनतम रखरखाव पहुंच के साथ 25 वर्षों के संचालन के लिए डिज़ाइन किए गए सौर संयंत्र में, कपलिंग-प्रेरित भार से समय से पहले बेयरिंग का खराब होना एक अस्वीकार्य विफलता है।

सिंगल-एक्सिस ट्रैकर ड्राइव अनुप्रयोग

क्षैतिज एकल-अक्ष ट्रैकर या तो केंद्रीकृत ड्राइव प्रणाली का उपयोग करते हैं — पैनलों की प्रत्येक पंक्ति के लिए एक मोटर और गियरबॉक्स, जो पंक्ति के केंद्र में स्थित टॉर्क ट्यूब से जुड़े होते हैं — या एक वितरित ड्राइव प्रणाली का उपयोग करते हैं जिसमें प्रत्येक पैनल पर अलग-अलग ड्राइव होते हैं। दोनों ही व्यवस्थाओं में, गियरबॉक्स और टॉर्क ट्यूब के इंटरफ़ेस पर कपलिंग को ऊपर वर्णित थर्मल मिसअलाइनमेंट को समायोजित करना आवश्यक है।

ओल्डहैम कपलिंग का उपयोग इस स्थिति में विशेष रूप से शून्य बेयरिंग-लोड वाले पार्श्व ऑफसेट को समायोजित करने के लिए किया जाता है। एक लचीली कपलिंग जो स्प्रिंग-बैक बल लगाती है — जैसे कि बेल्लो या बीम डिज़ाइन — चक्रीय थर्मल मिसअलाइनमेंट को गियरबॉक्स बेयरिंग पर चक्रीय रेडियल लोड के रूप में संचारित करेगी: ठीक वही थकान भार जिसे 25 वर्षों के रखरखाव-न्यूनतम इंस्टॉलेशन में टाला जाना चाहिए। ओल्डहैम कपलिंग शून्य प्रतिक्रिया बल के साथ अपनी स्लाइडिंग डिस्क के माध्यम से ऑफसेट को अवशोषित करती है, जिससे इंस्टॉलेशन के पूरे सेवा जीवन के दौरान गियरबॉक्स और टॉर्क ट्यूब बेयरिंग को कपलिंग-प्रेरित थकान भार से सुरक्षा मिलती है।

ट्रैकर ड्राइव सिस्टम को सटीक सर्वो सिस्टम की तरह शून्य बैकलैश की आवश्यकता नहीं होती है - अधिकतम ऊर्जा संचयन के लिए आवश्यक पैनल पोजिशनिंग सटीकता आमतौर पर ±0.1 से ±0.5 डिग्री की सीमा में होती है, जिसे कम बैकलैश वाले कपलिंग से प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि, एनकोडर-आधारित क्लोज्ड-लूप पोजिशन कंट्रोल वाले ट्रैकर डिज़ाइन में, स्थिर कंट्रोल लूप संचालन के लिए एनकोडर कपलिंग कनेक्शन में शून्य बैकलैश की आवश्यकता होती है।

दोहरी-अक्षीय ट्रैकर अनुप्रयोग

डुअल-एक्सिस ट्रैकर्स (एज़िमुथ और एलिवेशन दोनों ट्रैकिंग) का उपयोग कंसंट्रेटेड फोटोवोल्टाइक (सीपीवी) और कंसंट्रेटेड सोलर पावर (सीएसपी) अनुप्रयोगों में किया जाता है, जहां ट्रैकिंग सटीकता की आवश्यकताएं अधिक सख्त होती हैं - आमतौर पर एक छोटे रिसीवर पर फोकस बनाए रखने के लिए ±0.05 डिग्री के भीतर। ये सिस्टम एनकोडर फीडबैक के साथ सर्वो-नियंत्रित ड्राइव का उपयोग करते हैं, और कपलिंग आवश्यकताएं एक सर्वो एप्लिकेशन की सटीकता को सोलर ट्रैकर की बाहरी वातावरण संबंधी चुनौतियों के साथ जोड़ती हैं।

सीपीवी और सीएसपी ट्रैकर्स में, ओल्डहैम कपलिंग एनकोडर कनेक्शन (शून्य बैकलैश, विद्युत पृथक्करण, एनकोडर पर शून्य बेयरिंग लोड) और मुख्य ड्राइव कनेक्शन (थर्मल विस्तार से पार्श्व ऑफसेट अवशोषण, सटीक ड्राइव गियरबॉक्स पर शून्य बेयरिंग लोड) दोनों पर दिखाई देते हैं। इन बाहरी सटीक अनुप्रयोगों के लिए आमतौर पर स्टेनलेस स्टील हब और पीईईके डिस्क निर्दिष्ट किए जाते हैं - स्टेनलेस स्टील तटीय या आर्द्र रेगिस्तानी वातावरण में जंग प्रतिरोध प्रदान करता है, और पीईईके उच्च परिवेश तापमान वाले जलवायु में निरंतर बाहरी संचालन के लिए आवश्यक तापमान स्थिरता प्रदान करता है।

बाहरी सौर अनुप्रयोगों के लिए सामग्री का चयन

सौर ऊर्जा संयंत्र के बाहरी वातावरण में विशिष्ट औद्योगिक अनुप्रयोगों की तुलना में अधिक सामग्री संबंधी आवश्यकताएं होती हैं:

पराबैंगनी किरणों के संपर्क में आना: मानक एसिटल (पीओएम) लंबे समय तक बाहरी वातावरण में रहने पर पराबैंगनी किरणों से खराब हो जाता है। पराबैंगनी विकिरण बहुलक श्रृंखला को तोड़ देता है, जिससे सतह पर सफेदी आ जाती है, वह भंगुर हो जाती है और अधिक भंगुर हो जाती है। सीधे धूप में उपयोग होने वाले बाहरी ट्रैकर अनुप्रयोगों में, पराबैंगनी-स्थिर एसिटल ग्रेड या किसी वैकल्पिक डिस्क सामग्री का उपयोग किया जाना चाहिए। कार्बन-फाइबर से भरा पीईईके स्वाभाविक रूप से काला होता है और बिना खराब हुए पराबैंगनी किरणों को अवशोषित करता है, जिससे यह एक उपयुक्त बाहरी डिस्क सामग्री बन जाता है। यदि साधारण कवर या गार्ड से कपलिंग को सीधी धूप से बचाना संभव हो, तो मानक एसिटल डिस्क का उपयोग निश्चिंतता से किया जा सकता है।

संघनन और नमी चक्रण: ठंडी सुबह से लेकर गर्म दोपहर तक तापमान में दैनिक उतार-चढ़ाव के कारण ठंडी धातु की सतहों पर ठंडा होने के दौरान संघनन होता है। तटीय या आर्द्र रेगिस्तानी वातावरण में, नमक से भरा संघनन एल्यूमीनियम हब के लिए विशेष रूप से संक्षारक होता है। विशेष सतह उपचार के बिना मानक एल्यूमीनियम 6061 इन वातावरणों में 25 वर्षों के सेवा जीवन में संक्षारण का शिकार हो जाएगा। एनोडाइज्ड एल्यूमीनियम बेहतर संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है; हार्ड-एनोडाइज्ड एल्यूमीनियम और भी अधिक टिकाऊ होता है। तटीय या नमक-कोहरे वाले वातावरण के लिए, 316L स्टेनलेस स्टील हब एक सुरक्षित विकल्प है जो संक्षारण संबंधी चिंताओं से पूरी तरह से बचाता है।

तापमान की चरम सीमाएँ: रेगिस्तानी सौर ऊर्जा संयंत्रों में तापमान में भारी उतार-चढ़ाव देखने को मिलता है, सर्दियों की रातों में तापमान -20°C से नीचे चला जाता है और गर्मियों की दोपहरों में +60°C से ऊपर तक पहुंच जाता है। सीधे सौर ताप के कारण कपलिंग कंपोनेंट का तापमान और भी अधिक हो जाता है। एसिटल की कम तापमान पर भंगुरता (यह 0°C से नीचे काफी अधिक भंगुर हो जाता है) का मतलब है कि ठंडे मौसम में डिस्क को बदलने या आपातकालीन रखरखाव के दौरान डिस्क को लापरवाही से संभालने पर उसके टूटने का खतरा रहता है। पीईईके की कम तापमान पर भंगुरता इसे ठंडी रातों वाले क्षेत्रों में संयंत्रों के लिए अधिक मजबूत विकल्प बनाती है।

रखरखाव और पहुंच संबंधी चुनौतियां

सोलर ट्रैकर इंस्टॉलेशन आमतौर पर बड़े क्षेत्रों को कवर करते हैं - एक बड़े पैमाने के सोलर फार्म में सैकड़ों हेक्टेयर में फैले हजारों ट्रैकर ड्राइव हो सकते हैं। इसलिए, प्रत्येक कपलिंग के रखरखाव की लागत एक महत्वपूर्ण परिचालन संबंधी विचार है, और रखरखाव की आवृत्ति को कम करना एक प्राथमिक डिजाइन लक्ष्य है।

ओल्डहैम कपलिंग की रिप्लेसेबल डिस्क संरचना इस आवश्यकता के लिए एकदम उपयुक्त है। जब डिस्क बदलने की आवश्यकता होती है — आमतौर पर सही स्पेसिफिकेशन वाले सोलर ट्रैकर एप्लीकेशन में कई वर्षों के बाद — तो शाफ्ट को री-अलाइन किए बिना या माउंटिंग स्ट्रक्चर को डिस्टर्ब किए बिना, प्रति कपलिंग केवल पाँच मिनट में डिस्क बदली जा सकती है। रिप्लेसमेंट डिस्क के एक छोटे किट और टॉर्क रिंच की मदद से एक मेंटेनेंस टेक्नीशियन प्रतिदिन कई कपलिंग की सर्विस कर सकता है। इसकी तुलना बेल्लो कपलिंग से करें, जिन्हें पूरी तरह से बदलना और री-अलाइन करना पड़ता है, जिसमें काफी अधिक समय लगता है और दो टेक्नीशियन की आवश्यकता हो सकती है।

बड़े पैमाने पर उपयोग होने वाले इंस्टॉलेशन के लिए, ऑपरेटिंग कंपनी को विशिष्ट इंस्टॉलेशन स्थितियों (जलवायु, ऑपरेटिंग चक्र और डिस्क सामग्री) के लिए अपेक्षित सेवा जीवन के आधार पर डिस्क प्रतिस्थापन कार्यक्रम स्थापित करना चाहिए और पूरे इंस्टॉलेशन के लिए पर्याप्त प्रतिस्थापन डिस्क का पूर्व-भंडारण करना चाहिए। अतिरिक्त डिस्क का स्टॉक करने की लागत, दूरस्थ ट्रैकर पंक्ति में अनियोजित रखरखाव के लिए भेजे जाने की लागत की तुलना में न्यूनतम है।

सोलर ट्रैकर अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित विशिष्टता

निष्कर्ष

सोलर ट्रैकर ड्राइव तीन ऐसी आवश्यकताओं को पूरा करती हैं जो अन्य अनुप्रयोगों में अलग-अलग तो दिखाई देती हैं लेकिन शायद ही कभी एक साथ: 50 से 80 डिग्री सेल्सियस तक के दैनिक तापमान चक्रों में थर्मल विस्तार से पार्श्व ऑफसेट अवशोषण; यूवी, नमी और अत्यधिक तापमान के संपर्क में आने वाले बाहरी वातावरण में लंबी सेवा आयु; और बड़े वितरित इंस्टॉलेशन में न्यूनतम रखरखाव की आवश्यकता। ओल्डहैम कपलिंग अपनी स्लाइडिंग डिस्क तंत्र के माध्यम से इन तीनों आवश्यकताओं को पूरा करती है - जो दशकों तक दैनिक चक्रों के दौरान बिना भार वहन किए थर्मल मिसअलाइनमेंट को अवशोषित करती है - और इसके मटेरियल विकल्प, जो प्रत्येक इंस्टॉलेशन जलवायु के लिए उपयुक्त यूवी, तापमान और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करते हैं। कठिन वातावरण के लिए स्टेनलेस स्टील हब और पीईईके डिस्क के साथ, और सीधी धूप के संपर्क के लिए यूवी-स्थिर मटेरियल के साथ सही ढंग से निर्दिष्ट, एक सोलर ट्रैकर ड्राइव में ओल्डहैम कपलिंग इंस्टॉलेशन के पूरे 25 से 30 साल के डिज़ाइन जीवन के लिए विश्वसनीय रूप से काम करेगी, जिसके रखरखाव की आवश्यकता केवल आवधिक डिस्क निरीक्षण और प्रतिस्थापन है।

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