Güneş takip sistemleri, bir bağlantı elemanının karşılaşabileceği en termal olarak dinamik mekanik ortamlardan biridir. Bir takip sistemi tahrik motoru, dişli kutusu ve tahrik mili her güne ortam sıcaklığında başlar (çöl güneş enerjisi tesislerinde bu sıcaklık kış sabahlarında donma noktasının altında olabilir) ve öğlen saatlerinde çalışma sıcaklığına ulaşır; bu sırada takip sistemi yapısına doğrudan güneş ışınımı ve yüksek ortam sıcaklıkları, yapısal çelik sıcaklıklarını sabahki temel sıcaklığın 60 ila 80°C üzerine çıkarabilir. Bu termal döngü, güneş enerjisi tesisinin 25 ila 30 yıllık tasarım ömrü boyunca her gün tekrarlanır ve her yapısal eleman ve tahrik bileşeninde binlerce termal genleşme ve büzülme döngüsü birikir.
Takip cihazının tahrik motorunu ve aktüatörünü tork borusuna veya döner tahrik sistemine bağlayan kaplin, bu günlük termal genleşmeden kaynaklanan yanal şaft kaymasını, motora veya dişli kutusu yataklarına yıkıcı radyal kuvvetler iletmeden absorbe etmelidir; ve bunu, UV ışınlarına maruz kalma, toz, aşırı sıcaklıklar ve minimum bakım erişimi olan dış ortamda, onlarca yıl boyunca güvenilir bir şekilde yapmalıdır. Oldham bağlantısı Bu ürün, yanal kaymayı emme özelliği, kuru çalışan polimer diski ve dış mekan kurulumuna uygun korozyona dayanıklı malzemelerde bulunabilmesiyle bu zorluğun üstesinden geliyor.
Termal Genleşmenin İzleme Tahrik Sistemlerinde Mil Hizalama Bozukluğuna Nasıl Yol Açtığı
Tipik bir yatay tek eksenli takip sistemi (HSAT), uzunluğu boyunca düzenli aralıklarla yataklar üzerinde desteklenen, merkezi destek noktasında doğrusal bir aktüatör veya döner tahrik mekanizması ile tahrik edilen çelik bir tork borusundan oluşur. Motor ve dişli kutusu, tahrik noktasına bitişik sabit bir destek yapısı üzerine monte edilmiştir ve dişli kutusu çıkış mili, tork borusu tahrik arayüzüne bir kaplin ile bağlanır.
Gün boyunca takip sistemi yapısı ısındıkça, çelik tork borusu ve motor destek yapısı termal olarak genleşir. İki yapının farklı geometrileri, güneşe göre farklı yönelimleri ve farklı termal kütleleri olduğundan, tam olarak aynı oranda veya tam olarak aynı yönde genleşmezler. Sonuç olarak, şanzıman çıkış mili ile tork borusu tahrik ekseni arasında günlük bir yanal mil kayması döngüsü oluşur; bu kayma, kurulum geometrisine ve motor montajı ile tork borusu yatağı arasındaki mesafeye bağlı olarak, en yüksek sıcaklık farkında 0,2 ila 0,8 mm arasında olabilir.
Bu konumdaki rijit bir kaplin, termal hizalama bozukluğunu hem şanzıman çıkış mili yatağına hem de tork borusu yatağına eğilme yükü olarak iletir. Günde binlerce termal döngü boyunca (on yılda yaklaşık 3.650 döngü), bu döngüsel yük, yatak ömrünü kademeli olarak azaltan bir yorulma yüküdür. Minimum bakım erişimiyle 25 yıl çalışma için tasarlanmış bir güneş enerjisi tesisinde, kaplin kaynaklı yüklerden kaynaklanan erken yatak arızası kabul edilemez bir arıza şeklidir.
Tek Eksenli İzleyici Sürücü Uygulamaları
Yatay tek eksenli takip sistemleri, ya merkezi bir tahrik sistemi (her panel sırası için bir motor ve dişli kutusu, sıranın merkezindeki tork borusuna bağlı) ya da her panelde ayrı ayrı tahrik üniteleri bulunan dağıtık bir tahrik sistemi kullanır. Her iki konfigürasyonda da, dişli kutusu ile tork borusu arasındaki arayüzdeki kaplin, yukarıda açıklanan termal hizalama bozukluğunu gidermelidir.
Oldham kaplin, özellikle sıfır taşıma yüküyle yanal ofset uyumunu sağlamak amacıyla bu pozisyonda kullanılır. Yay geri tepme kuvvetleri uygulayan esnek bir kaplin (körük veya kiriş tasarımları), döngüsel termal yanlış hizalamayı dişli kutusu yatağına döngüsel radyal yük olarak iletir: bu da 25 yıllık minimum bakım gerektiren bir kurulumda kaçınılması gereken yorulma yüküdür. Oldham kaplin, sıfır tepki kuvvetiyle kayar diski aracılığıyla ofseti emer ve kurulumun hizmet ömrü boyunca dişli kutusu ve tork borusu yataklarını kaplin kaynaklı yorulma yüklerinden korur.
İzleyici tahrik sistemleri, hassas servo sistemlerinde olduğu gibi sıfır boşluk gerektirmez; maksimum enerji hasadı için gereken panel konumlandırma doğruluğu tipik olarak ±0,1 ila ±0,5 derece aralığındadır ve bu, orta düzeyde boşluğa sahip bir kaplin ile elde edilebilir. Bununla birlikte, enkoder tabanlı kapalı döngü konum kontrolüne sahip izleyici tasarımlarında, kararlı kontrol döngüsü çalışması için enkoder kaplin bağlantısının sıfır boşluk gerektirmesi gerekir.
Çift Eksenli İzleyici Uygulamaları
Çift eksenli takip sistemleri (hem azimut hem de yükseklik takibi), takip doğruluğu gereksinimlerinin daha katı olduğu yoğunlaştırılmış fotovoltaik (CPV) ve yoğunlaştırılmış güneş enerjisi (CSP) uygulamalarında kullanılır; bu uygulamalar genellikle küçük bir alıcıya odaklanmayı sağlamak için ±0,05 derece aralığında bir hassasiyet gerektirir. Bu sistemler, kodlayıcı geri beslemeli servo kontrollü sürücüler kullanır ve birleştirme gereksinimleri, bir servo uygulamasının hassasiyetini bir güneş takip sisteminin dış ortam zorluklarıyla birleştirir.
CPV ve CSP takip sistemlerinde, Oldham kaplinleri hem enkoder bağlantısında (sıfır boşluk, elektriksel izolasyon, enkoder üzerinde sıfır yatak yükü) hem de ana tahrik bağlantısında (termal genleşmeden kaynaklanan yanal ofset emilimi, hassas tahrik dişli kutusunda sıfır yatak yükü) bulunur. Bu dış mekan hassas uygulamaları için tipik olarak paslanmaz çelik göbekler ve PEEK diskler tercih edilir; paslanmaz çelik kıyı veya nemli çöl ortamlarında korozyon direnci sağlarken, PEEK ise yüksek ortam sıcaklığına sahip iklimlerde sürekli dış mekan çalışması için gerekli sıcaklık kararlılığını sağlar.
Dış Mekan Güneş Enerjisi Uygulamaları için Malzeme Seçimi
Güneş enerjisi tesislerinin dış ortamı, tipik endüstriyel uygulamalarda karşılaşılanların ötesinde malzeme gereksinimleri ortaya koymaktadır:
UV ışınlarına maruz kalma: Standart asetal (POM), uzun süreli dış mekan maruziyetinde UV bozulmasına karşı hassastır. UV radyasyonu polimer zincirini parçalayarak yüzeyde tebeşirlenmeye, kırılganlığa ve artan kırılganlığa neden olur. Doğrudan güneş ışığına maruz kalan dış mekan takip uygulamalarında, UV stabilize edilmiş bir asetal sınıfı veya alternatif bir disk malzemesi belirtilmelidir. Karbon fiber dolgulu PEEK, doğal olarak siyahtır ve bozulmadan UV'yi emer, bu da onu uygun bir dış mekan disk malzemesi yapar. Bağlantı noktasını basit bir kapak veya koruyucu ile doğrudan güneş ışığından korumak mümkünse, standart asetal diskler güvenle kullanılabilir.
Yoğuşma ve nem döngüsü: Sabahların soğuk, öğleden sonralarının sıcak geçmesiyle oluşan günlük sıcaklık değişimleri, soğuma evresinde soğuk metal yüzeylerde yoğuşmaya neden olur. Kıyı veya nemli çöl ortamlarında, tuz yüklü yoğuşma özellikle alüminyum göbekler için aşındırıcıdır. Özel yüzey işlemine tabi tutulmamış standart 6061 alüminyum, bu ortamlarda 25 yıllık kullanım ömrü boyunca korozyona uğrayacaktır. Eloksallı alüminyum daha iyi korozyon direnci sağlar; sert eloksallı alüminyum ise daha da dayanıklıdır. Kıyı veya tuzlu sis ortamları için, 316L paslanmaz çelik göbekler, korozyon endişelerini tamamen ortadan kaldıran muhafazakar bir özelliktir.
Aşırı sıcaklıklar: Çöl tipi güneş enerjisi sistemleri, kış gecelerinde -20°C'nin altına düşen sıcaklıklardan yaz öğleden sonralarında +60°C'nin üzerine çıkan ortam sıcaklıklarına kadar sıcaklık değişimleri yaşar; bağlantı bileşenlerinin sıcaklıkları ise doğrudan güneş ısınması nedeniyle daha da yükselir. Asetalin düşük sıcaklıkta kırılganlığı (0°C'nin altında önemli ölçüde daha kırılgan hale gelir), soğuk koşullarda disk değişimi veya acil bakım işleminin, diskin dikkatsizce ele alınması durumunda kırılgan kırılma riskini taşıdığı anlamına gelir. PEEK'in çok daha düşük soğuk sıcaklık kırılganlığı, onu soğuk gece iklimlerindeki sistemler için daha sağlam bir özellik haline getirir.
Bakım Erişilebilirliği Zorlukları
Güneş takip sistemleri genellikle geniş alanları kapsar; büyük ölçekli bir güneş enerjisi santralinde yüzlerce hektarlık alana yayılmış binlerce takip ünitesi bulunabilir. Bu nedenle, her bir bağlantı elemanının ayrı ayrı bakım maliyeti önemli bir işletme unsurudur ve bakım sıklığını en aza indirmek temel bir tasarım hedefidir.
Oldham kaplininin değiştirilebilir disk mimarisi bu kısıtlamaya oldukça uygundur. Disk değişimi gerektiğinde (genellikle doğru şekilde belirtilmiş bir güneş takip sistemi uygulamasında birkaç yıl sonra), şaft yeniden hizalaması veya montaj yapısının bozulması olmadan, kaplin başına beş dakika içinde değişim yapılabilir. Küçük bir yedek disk seti ve tork anahtarı olan bir bakım teknisyeni, günde birden fazla kaplini onarabilir. Bunu, tamamen değiştirilmesi ve yeniden hizalanması gereken, önemli ölçüde daha uzun süren ve iki teknisyen gerektirebilen körüklü kaplinlerle karşılaştırın.
Büyük ölçekli tesisler için, işletme şirketi, belirli tesis koşulları (iklim, çalışma döngüsü ve disk malzemesi) için beklenen hizmet ömrüne dayalı bir disk değiştirme programı oluşturmalı ve tüm tesis için yeterli yedek diski önceden stoklamalıdır. Yedek disk stoklamanın maliyeti, uzak bir takip hattına planlanmamış bir bakım gönderiminin maliyetine kıyasla minimum düzeydedir.
Güneş Takip Sistemleri Uygulamaları için Önerilen Özellikler
| Takip Cihazı Türü / Konum | Merkez Malzemesi | Disk Malzemesi | Başlıca Sebep |
|---|---|---|---|
| HSAT, iç kesimlerdeki kurak bölge | Eloksallı alüminyum | UV stabilize edilmiş asetal veya PEEK | Düşük nem, UV korumasına öncelik |
| HSAT, kıyı veya nemli bölge | 316L paslanmaz çelik | PEEK | Tuz püskürtmesine ve yoğuşmaya karşı direnç |
| HSAT, soğuk iklim (eksi 20°C'nin altında) | 316L paslanmaz çelik | PEEK | Düşük sıcaklıklarda dayanıklılık, soğukta kırılganlık yok. |
| Çift eksenli CPV/CSP takip cihazı | 316L paslanmaz çelik | PEEK | Hassasiyet + dış ortam ortamı + uzun kullanım ömrü |
Çözüm
Güneş takip sistemleri, diğer uygulamalarda ayrı ayrı görülen ancak nadiren bir arada bulunan üç gereksinimi bir araya getirir: 50 ila 80°C arasında değişen günlük sıcaklık döngülerinde termal genleşmeden kaynaklanan yanal sapma emilimi; UV, nem ve aşırı sıcaklık maruziyetine sahip dış mekan ortamlarında uzun hizmet ömrü; ve büyük dağıtılmış kurulumlarda minimum bakım erişimi. Oldham kaplin, on yıllarca süren günlük döngü boyunca yük taşımadan termal yanlış hizalamayı emen kayar disk mekanizması ve her kurulum iklimine uygun UV, sıcaklık ve korozyon direnci sağlayan malzeme seçenekleriyle bu üç gereksinimi de karşılar. Zorlu ortamlar için paslanmaz çelik göbekler ve PEEK disklerle ve doğrudan güneş ışığına maruz kalma için UV stabilize malzemelerle doğru şekilde belirtilen bir Oldham kaplin, güneş takip sistemi tahrikinde, periyodik disk incelemesi ve değiştirilmesinden başka bir bakım gereksinimi olmadan, kurulumun 25 ila 30 yıllık tasarım ömrü boyunca güvenilir bir şekilde çalışacaktır.
Ürünlerimize göz atın. Dış mekan ve güneş enerjisi uygulamaları için Oldham bağlantı elemanı serisi. paslanmaz çelik göbek ve PEEK disk seçenekleriyle veya Ekibimizle iletişime geçin. Kurulum ikliminize ve takip sistemi tasarımınıza özel malzeme seçimi konusunda rehberlik için.
