ข้อต่อแบบ Oldham ในระบบติดตามแสงอาทิตย์: การจัดการการขยายตัวทางความร้อนในไดรฟ์กลางแจ้ง

ระบบติดตามแสงอาทิตย์จัดอยู่ในสภาพแวดล้อมทางกลที่มีการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนสูงที่สุดแห่งหนึ่งที่ชิ้นส่วนต่างๆ จะพบเจอ มอเตอร์ขับเคลื่อน เกียร์ และเพลาขับของระบบติดตามแสงอาทิตย์จะเริ่มต้นแต่ละวันด้วยอุณหภูมิแวดล้อม ซึ่งในระบบติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ในทะเลทราย อุณหภูมิอาจต่ำกว่าจุดเยือกแข็งในตอนเช้าของฤดูหนาว และจะถึงอุณหภูมิใช้งานในช่วงเที่ยงวัน เมื่อแสงอาทิตย์ที่ส่องตรงไปยังโครงสร้างระบบติดตามแสงอาทิตย์ kết hợp กับอุณหภูมิแวดล้อมที่สูง สามารถผลักดันอุณหภูมิของเหล็กโครงสร้างให้สูงขึ้น 60 ถึง 80 องศาเซลเซียส เหนืออุณหภูมิพื้นฐานในตอนเช้า วงจรความร้อนนี้จะเกิดขึ้นซ้ำทุกวันตลอดอายุการใช้งาน 25 ถึง 30 ปีของระบบติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ ทำให้เกิดการขยายตัวและหดตัวทางความร้อนหลายพันรอบในทุกชิ้นส่วนโครงสร้างและส่วนประกอบขับเคลื่อน

ข้อต่อที่เชื่อมต่อมอเตอร์ขับเคลื่อนและแอคชูเอเตอร์ของระบบติดตามเข้ากับท่อแรงบิดหรือชุดขับหมุนจะต้องดูดซับการเคลื่อนตัวด้านข้างของเพลาที่เกิดจากการขยายตัวทางความร้อนในแต่ละวัน โดยไม่ส่งแรงรัศมีที่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อแบริ่งของมอเตอร์หรือเกียร์ และต้องทำเช่นนี้ได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลาหลายสิบปี ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่มีรังสียูวี ฝุ่นละออง อุณหภูมิที่สูงและต่ำมาก และการเข้าถึงเพื่อการบำรุงรักษาที่จำกัด ข้อต่อโอลด์แฮม ผลิตภัณฑ์นี้สามารถแก้ไขปัญหาดังกล่าวได้ด้วยความสามารถในการดูดซับแรงกระแทกด้านข้าง แผ่นดิสก์โพลีเมอร์ที่ทำงานได้โดยไม่ต้องเปียกน้ำ และมีให้เลือกในวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนซึ่งเหมาะสมสำหรับการติดตั้งภายนอกอาคาร

การขยายตัวเนื่องจากความร้อนทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของเพลาในระบบขับเคลื่อนแบบแทร็กเกอร์ได้อย่างไร

โดยทั่วไปแล้ว ตัวติดตามแกนเดี่ยวแนวนอน (HSAT) ประกอบด้วยท่อแรงบิดเหล็กที่รองรับด้วยแบริ่งเป็นระยะๆ ตลอดความยาว ขับเคลื่อนด้วยแอคทูเอเตอร์เชิงเส้นหรือไดรฟ์หมุนที่จุดรองรับตรงกลาง มอเตอร์และเกียร์จะติดตั้งอยู่บนโครงสร้างรองรับคงที่ที่อยู่ติดกับจุดขับเคลื่อน โดยมีข้อต่อเชื่อมต่อเพลาส่งออกของเกียร์กับส่วนต่อประสานการขับเคลื่อนของท่อแรงบิด

เนื่องจากโครงสร้างของตัวติดตามแสงอาทิตย์ร้อนขึ้นในระหว่างวัน ท่อแรงบิดเหล็กและโครงสร้างรองรับมอเตอร์จะขยายตัวเนื่องจากความร้อน เนื่องจากโครงสร้างทั้งสองมีรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกัน การวางแนวที่สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ที่แตกต่างกัน และมวลความร้อนที่แตกต่างกัน จึงไม่ได้ขยายตัวในอัตราที่เท่ากันหรือในทิศทางเดียวกันอย่างแน่นอน ผลที่ได้คือการเบี่ยงเบนของเพลาในแนวด้านข้างระหว่างเพลาส่งกำลังของเกียร์และแกนขับของท่อแรงบิดในแต่ละวัน ซึ่งการเบี่ยงเบนนี้อาจอยู่ที่ 0.2 ถึง 0.8 มม. ที่อุณหภูมิแตกต่างสูงสุด ขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของการติดตั้งและระยะห่างระหว่างแท่นยึดมอเตอร์กับแบริ่งของท่อแรงบิด

การเชื่อมต่อแบบแข็งในตำแหน่งนี้จะส่งผ่านการเยื้องศูนย์ทางความร้อนไปเป็นแรงดัดงอทั้งบนแบริ่งเพลาส่งกำลังของเกียร์และแบริ่งท่อแรงบิด เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหลายพันรอบต่อวัน — ประมาณ 3,650 รอบต่อทศวรรษ — แรงกระทำแบบวนซ้ำนี้จะกลายเป็นแรงล้าที่ค่อยๆ ลดอายุการใช้งานของแบริ่งลง ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งาน 25 ปี โดยมีการบำรุงรักษาขั้นต่ำ การที่แบริ่งเสียหายก่อนกำหนดเนื่องจากแรงกระทำจากการเชื่อมต่อแบบนี้ถือเป็นความเสียหายที่ไม่สามารถยอมรับได้

การใช้งานไดรฟ์ติดตามแกนเดี่ยว

ระบบติดตามแสงอาทิตย์แบบแกนเดียวแนวนอนใช้ระบบขับเคลื่อนแบบรวมศูนย์ — มอเตอร์และเกียร์หนึ่งชุดต่อแผงหนึ่งแถว เชื่อมต่อกับท่อแรงบิดที่กึ่งกลางแถว — หรือระบบขับเคลื่อนแบบกระจายที่มีตัวขับแยกแต่ละตัวที่แต่ละแผง ในทั้งสองแบบ การเชื่อมต่อที่ส่วนต่อประสานระหว่างเกียร์กับท่อแรงบิดจะต้องรองรับการเบี่ยงเบนจากความร้อนที่อธิบายไว้ข้างต้น

ข้อต่อแบบ Oldham ถูกนำมาใช้ในตำแหน่งนี้โดยเฉพาะเนื่องจากสามารถรองรับการเยื้องศูนย์ด้านข้างโดยไม่มีแรงกดบนแบริ่ง ข้อต่อแบบยืดหยุ่นที่สร้างแรงดีดกลับ เช่น แบบสูบลมหรือแบบคาน จะส่งผ่านการเยื้องศูนย์ทางความร้อนแบบวนซ้ำเป็นแรงกดรัศมีแบบวนซ้ำบนแบริ่งของเกียร์ ซึ่งเป็นแรงล้าที่ต้องหลีกเลี่ยงในระบบที่ต้องการการบำรุงรักษาน้อยที่สุดตลอด 25 ปี ข้อต่อแบบ Oldham ดูดซับการเยื้องศูนย์ผ่านแผ่นเลื่อนโดยไม่มีแรงปฏิกิริยาใดๆ ช่วยปกป้องเกียร์และแบริ่งท่อแรงบิดจากแรงล้าที่เกิดจากข้อต่อตลอดอายุการใช้งานของระบบ

ระบบขับเคลื่อนแทร็กเกอร์ไม่จำเป็นต้องมีระยะคลายตัวเป็นศูนย์เหมือนกับระบบเซอร์โวที่มีความแม่นยำสูง ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งแผงโซลาร์เซลล์ที่ต้องการเพื่อให้ได้พลังงานสูงสุดนั้นโดยทั่วไปอยู่ในช่วง ±0.1 ถึง ±0.5 องศา ซึ่งสามารถทำได้ด้วยข้อต่อที่มีระยะคลายตัวปานกลาง อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบแทร็กเกอร์ที่มีการควบคุมตำแหน่งแบบวงปิดโดยใช้ตัวเข้ารหัส ข้อต่อของตัวเข้ารหัสจำเป็นต้องมีระยะคลายตัวเป็นศูนย์เพื่อให้การทำงานของวงจรควบคุมมีเสถียรภาพ

แอปพลิเคชันตัวติดตามแกนคู่

ระบบติดตามแสงอาทิตย์แบบสองแกน (ทั้งการติดตามในแนวราบและแนวดิ่ง) ถูกนำมาใช้ในระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสง (CPV) และแบบรวมแสง (CSP) ซึ่งต้องการความแม่นยำในการติดตามที่เข้มงวดกว่า โดยทั่วไปต้องอยู่ในช่วง ±0.05 องศา เพื่อรักษาโฟกัสไปที่ตัวรับสัญญาณขนาดเล็ก ระบบเหล่านี้ใช้ไดรฟ์ควบคุมด้วยเซอร์โวพร้อมการป้อนกลับจากตัวเข้ารหัส และข้อกำหนดในการเชื่อมต่อจะรวมความแม่นยำของการใช้งานเซอร์โวเข้ากับความท้าทายของสภาพแวดล้อมกลางแจ้งของระบบติดตามแสงอาทิตย์

ในระบบติดตามแสงอาทิตย์แบบ CPV และ CSP ข้อต่อแบบ Oldham จะปรากฏทั้งที่จุดเชื่อมต่อของตัวเข้ารหัส (ไม่มีการคลายตัว, การแยกทางไฟฟ้า, ไม่มีภาระแบริ่งบนตัวเข้ารหัส) และจุดเชื่อมต่อของชุดขับหลัก (การดูดซับการเยื้องศูนย์ด้านข้างจากการขยายตัวทางความร้อน, ไม่มีภาระแบริ่งบนกล่องเกียร์ขับความแม่นยำ) โดยทั่วไปแล้ว ดุมสแตนเลสและแผ่นดิสก์ PEEK จะถูกกำหนดให้ใช้สำหรับการใช้งานกลางแจ้งที่มีความแม่นยำสูงเหล่านี้ โดยสแตนเลสให้ความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมชายฝั่งหรือทะเลทรายชื้น และ PEEK ให้ความเสถียรของอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการใช้งานกลางแจ้งอย่างต่อเนื่องในสภาพอากาศที่มีอุณหภูมิแวดล้อมสูง

การเลือกวัสดุสำหรับงานติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์กลางแจ้ง

สภาพแวดล้อมภายนอกอาคารของระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์นั้น ทำให้มีความต้องการวัสดุที่มากกว่าที่พบในงานอุตสาหกรรมทั่วไป:

การสัมผัสกับรังสียูวี: อะซีทัลมาตรฐาน (POM) มีความเสี่ยงต่อการเสื่อมสภาพจากรังสียูวีเมื่อสัมผัสกับแสงแดดเป็นเวลานาน รังสียูวีจะทำลายสายโซ่ของพอลิเมอร์ ทำให้เกิดคราบขาวบนพื้นผิว เปราะ และแตกหักง่ายขึ้น ในการใช้งานระบบติดตามแสงอาทิตย์กลางแจ้งที่สัมผัสกับแสงแดดโดยตรง ควรเลือกใช้เกรดอะซีทัลที่ทนต่อรังสียูวี หรือวัสดุอื่นที่เป็นแผ่นดิสก์ PEEK ที่เสริมด้วยเส้นใยคาร์บอนมีสีดำโดยธรรมชาติและดูดซับรังสียูวีโดยไม่เสื่อมสภาพ ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับแผ่นดิสก์กลางแจ้ง หากสามารถป้องกันข้อต่อจากแสงแดดโดยตรงด้วยฝาครอบหรือแผ่นป้องกันแบบง่ายๆ ก็สามารถใช้แผ่นดิสก์อะซีทัลมาตรฐานได้อย่างมั่นใจ

การควบแน่นและวัฏจักรความชื้น: การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในแต่ละวันจากเช้าที่เย็นไปจนถึงบ่ายที่ร้อนจัด ทำให้เกิดการควบแน่นบนพื้นผิวโลหะที่เย็นในระหว่างช่วงการระบายความร้อน ในสภาพแวดล้อมชายฝั่งหรือทะเลทรายชื้น การควบแน่นที่มีเกลือปนอยู่จะกัดกร่อนดุมล้ออะลูมิเนียมเป็นพิเศษ อะลูมิเนียม 6061 มาตรฐานที่ไม่มีการเคลือบผิวพิเศษจะเกิดการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ภายในอายุการใช้งาน 25 ปี อะลูมิเนียมชุบอะโนไดซ์ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีกว่า อะลูมิเนียมชุบอะโนไดซ์แข็งมีความทนทานยิ่งกว่า สำหรับสภาพแวดล้อมชายฝั่งหรือหมอกเกลือ ดุมล้อสแตนเลส 316L เป็นข้อกำหนดที่ปลอดภัยที่สุดซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาการกัดกร่อนได้อย่างสมบูรณ์

อุณหภูมิสุดขั้ว: ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในทะเลทรายต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ตั้งแต่ต่ำกว่า -20°C ในคืนฤดูหนาว ไปจนถึงสูงกว่า +60°C ในช่วงบ่ายของฤดูร้อน โดยอุณหภูมิของชิ้นส่วนเชื่อมต่อจะสูงขึ้นไปอีกเนื่องจากความร้อนจากแสงอาทิตย์โดยตรง ความเปราะของอะซีทัลที่อุณหภูมิต่ำ — ซึ่งจะเปราะมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 0°C — หมายความว่าการเปลี่ยนแผ่นดิสก์หรือการบำรุงรักษาฉุกเฉินในสภาพอากาศหนาวเย็นมีความเสี่ยงที่จะเกิดการแตกหักหากจัดการแผ่นดิสก์อย่างไม่ระมัดระวัง ความเปราะที่อุณหภูมิต่ำของ PEEK ต่ำกว่ามาก ทำให้เป็นวัสดุที่ทนทานกว่าสำหรับการติดตั้งในสภาพอากาศที่หนาวเย็นในเวลากลางคืน

ความท้าทายด้านการเข้าถึงเพื่อการบำรุงรักษา

ระบบติดตามแสงอาทิตย์มักครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ — ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่อาจมีอุปกรณ์ติดตามแสงอาทิตย์หลายพันตัวกระจายอยู่ทั่วพื้นที่หลายร้อยเฮกตาร์ ดังนั้น ต้นทุนในการบำรุงรักษาแต่ละจุดเชื่อมต่อจึงเป็นปัจจัยสำคัญในการดำเนินงาน และการลดความถี่ในการบำรุงรักษาจึงเป็นเป้าหมายหลักในการออกแบบ

โครงสร้างแผ่นดิสก์แบบถอดเปลี่ยนได้ของข้อต่อ Oldham เหมาะสมกับข้อจำกัดนี้เป็นอย่างดี เมื่อถึงเวลาที่ต้องเปลี่ยนแผ่นดิสก์ — โดยทั่วไปหลังจากใช้งานไปหลายปีในระบบติดตามแสงอาทิตย์ที่ระบุไว้อย่างถูกต้อง — การเปลี่ยนจะใช้เวลาเพียงห้านาทีต่อข้อต่อโดยไม่ต้องปรับแนวเพลาหรือรบกวนโครงสร้างการติดตั้ง ช่างซ่อมบำรุงที่มีชุดแผ่นดิสก์สำรองขนาดเล็กและประแจวัดแรงบิดสามารถซ่อมบำรุงข้อต่อได้หลายข้อต่อต่อวัน เปรียบเทียบกับข้อต่อแบบสูบลมที่ต้องเปลี่ยนและปรับแนวใหม่ทั้งหมด ซึ่งใช้เวลานานกว่ามากและอาจต้องใช้ช่างสองคน

สำหรับระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ บริษัทผู้ดำเนินการควรจัดทำโปรแกรมการเปลี่ยนแผ่นดิสก์โดยพิจารณาจากอายุการใช้งานที่คาดการณ์ไว้สำหรับสภาพการติดตั้งเฉพาะนั้นๆ เช่น สภาพภูมิอากาศ รอบการทำงาน และวัสดุของแผ่นดิสก์ และควรสำรองแผ่นดิสก์สำรองให้เพียงพอสำหรับระบบทั้งหมด ต้นทุนในการสำรองแผ่นดิสก์นั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับต้นทุนของการส่งช่างไปซ่อมบำรุงฉุกเฉินที่จุดติดตั้งห่างไกล

ข้อกำหนดที่แนะนำสำหรับการใช้งานระบบติดตามแสงอาทิตย์

บทสรุป

ระบบขับเคลื่อนติดตามแสงอาทิตย์รวมเอาข้อกำหนดสามประการที่มักพบได้ในแอปพลิเคชันอื่นๆ แต่ไม่ค่อยพบพร้อมกัน ได้แก่ การดูดซับการเบี่ยงเบนด้านข้างจากการขยายตัวทางความร้อนในช่วงอุณหภูมิรายวันตั้งแต่ 50 ถึง 80°C อายุการใช้งานที่ยาวนานในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่มีรังสียูวี ความชื้น และอุณหภูมิที่รุนแรง และการเข้าถึงเพื่อการบำรุงรักษาที่น้อยที่สุดในระบบติดตั้งแบบกระจายขนาดใหญ่ ข้อต่อ Oldham ตอบโจทย์ทั้งสามประการนี้ด้วยกลไกแผ่นเลื่อน ซึ่งดูดซับการเบี่ยงเบนทางความร้อนโดยไม่รับน้ำหนักตลอดหลายสิบปีของการใช้งานประจำวัน และตัวเลือกวัสดุที่ให้ความต้านทานต่อรังสียูวี อุณหภูมิ และการกัดกร่อนที่เหมาะสมกับสภาพอากาศในการติดตั้งแต่ละแบบ หากเลือกใช้ดุมสแตนเลสและแผ่น PEEK สำหรับสภาพแวดล้อมที่ต้องการความทนทานสูง และวัสดุที่ทนต่อรังสียูวีสำหรับการสัมผัสแสงแดดโดยตรง ข้อต่อ Oldham ในระบบขับเคลื่อนติดตามแสงอาทิตย์จะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือตลอดอายุการใช้งาน 25 ถึง 30 ปีของการติดตั้ง โดยไม่ต้องบำรุงรักษาอะไรมากไปกว่าการตรวจสอบและเปลี่ยนแผ่นเลื่อนเป็นระยะๆ

เรียกดูเว็บไซต์ของเรา ข้อต่อ Oldham สำหรับงานกลางแจ้งและงานพลังงานแสงอาทิตย์ มีตัวเลือกดุมล้อสแตนเลสและจานเบรก PEEK หรือ ติดต่อทีมงานของเรา สำหรับคำแนะนำในการเลือกวัสดุที่เหมาะสมกับสภาพอากาศในการติดตั้งและการออกแบบระบบติดตามฝุ่นของคุณโดยเฉพาะ