Hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời là một trong những môi trường cơ khí có sự biến đổi nhiệt mạnh nhất mà một khớp nối từng gặp phải. Động cơ dẫn động, hộp số và trục dẫn động của hệ thống theo dõi bắt đầu mỗi ngày ở nhiệt độ môi trường xung quanh — mà trong các hệ thống năng lượng mặt trời ở sa mạc, nhiệt độ này có thể xuống dưới mức đóng băng vào buổi sáng mùa đông — và đạt đến nhiệt độ hoạt động vào giữa trưa, khi bức xạ mặt trời trực tiếp chiếu vào cấu trúc theo dõi kết hợp với nhiệt độ môi trường cao có thể đẩy nhiệt độ thép kết cấu lên đến 60 đến 80°C so với mức cơ bản buổi sáng. Chu kỳ nhiệt này lặp lại mỗi ngày trong suốt vòng đời thiết kế 25 đến 30 năm của hệ thống năng lượng mặt trời, tích lũy hàng nghìn chu kỳ giãn nở và co lại do nhiệt trên mỗi cấu kiện kết cấu và bộ phận truyền động.
The coupling connecting the tracker’s drive motor and actuator to the torque tube or slewing drive must absorb the lateral shaft offset that results from this daily thermal expansion without transmitting destructive radial forces to the motor or gearbox bearings — and it must do this reliably for decades, in an outdoor environment with UV exposure, dust, temperature extremes, and minimal maintenance access. The Khớp nối Oldham Sản phẩm giải quyết thách thức này nhờ khả năng hấp thụ lệch ngang, đĩa polymer hoạt động khô ráo và có sẵn các vật liệu chống ăn mòn phù hợp cho việc lắp đặt ngoài trời.
Một hệ thống theo dõi trục đơn ngang (HSAT) điển hình bao gồm một ống xoắn bằng thép được đỡ trên các ổ trục đặt cách đều nhau dọc theo chiều dài của nó, được dẫn động bởi một bộ truyền động tuyến tính hoặc một bộ truyền động quay tại giá đỡ trung tâm. Động cơ và hộp số được gắn trên một cấu trúc đỡ cố định liền kề với điểm dẫn động, với một khớp nối kết nối trục đầu ra của hộp số với giao diện dẫn động của ống xoắn.
Khi cấu trúc giá đỡ nóng lên trong ngày, ống truyền mô-men xoắn bằng thép và cấu trúc đỡ động cơ giãn nở do nhiệt. Vì hai cấu trúc này có hình dạng khác nhau, hướng khác nhau so với mặt trời và khối lượng nhiệt khác nhau, nên chúng không giãn nở với tốc độ hoặc hướng hoàn toàn giống nhau. Kết quả là tạo ra một chu kỳ lệch trục ngang hàng ngày giữa trục đầu ra của hộp số và trục truyền động của ống truyền mô-men xoắn — độ lệch này có thể từ 0,2 đến 0,8 mm ở mức chênh lệch nhiệt độ cao nhất tùy thuộc vào hình dạng lắp đặt và khoảng cách giữa giá đỡ động cơ và ổ trục của ống truyền mô-men xoắn.
Khớp nối cứng ở vị trí này truyền độ lệch nhiệt dưới dạng tải uốn lên cả ổ trục đầu ra hộp số và ổ trục ống momen xoắn. Trải qua hàng nghìn chu kỳ nhiệt mỗi ngày — khoảng 3.650 chu kỳ mỗi thập kỷ — tải trọng chu kỳ này là tải trọng mỏi làm giảm dần tuổi thọ của ổ trục. Trong một hệ thống năng lượng mặt trời được thiết kế để hoạt động trong 25 năm với khả năng bảo trì tối thiểu, việc ổ trục bị hỏng sớm do tải trọng gây ra bởi khớp nối là một kiểu hỏng hóc không thể chấp nhận được.
Horizontal single-axis trackers use either a centralised drive system — one motor and gearbox per row of panels, connected to the torque tube at the row’s centre — or a distributed drive system with individual drives at each panel. In both configurations, the coupling at the gearbox-to-torque-tube interface must accommodate the thermal misalignment described above.
The Oldham coupling is used in this position specifically for its zero-bearing-load lateral offset accommodation. A flexible coupling that imposes spring-back forces — bellows or beam designs — would transmit the cyclic thermal misalignment as a cyclic radial load on the gearbox bearing: exactly the fatigue loading that must be avoided in a 25-year maintenance-minimised installation. The Oldham coupling absorbs the offset through its sliding disc with zero reaction force, protecting the gearbox and torque tube bearings from coupling-induced fatigue loads throughout the installation’s service life.
Hệ thống truyền động của bộ theo dõi không yêu cầu độ rơ bằng không giống như hệ thống servo chính xác — độ chính xác định vị tấm pin cần thiết để thu hoạch năng lượng tối đa thường nằm trong khoảng ±0,1 đến ±0,5 độ, có thể đạt được với khớp nối có độ rơ vừa phải. Tuy nhiên, trong các thiết kế bộ theo dõi với điều khiển vị trí vòng kín dựa trên bộ mã hóa, kết nối khớp nối bộ mã hóa yêu cầu độ rơ bằng không để vòng điều khiển hoạt động ổn định.
Hệ thống theo dõi hai trục (theo dõi cả phương vị và độ cao) được sử dụng trong các ứng dụng quang điện tập trung (CPV) và năng lượng mặt trời tập trung (CSP) nơi yêu cầu độ chính xác theo dõi nghiêm ngặt hơn — thường trong phạm vi ±0,05 độ để duy trì tiêu điểm trên một bộ thu nhỏ. Các hệ thống này sử dụng bộ truyền động điều khiển servo với phản hồi bộ mã hóa, và các yêu cầu ghép nối kết hợp độ chính xác của ứng dụng servo với những thách thức của môi trường ngoài trời đối với một hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời.
Trong các hệ thống theo dõi CPV và CSP, khớp nối Oldham xuất hiện ở cả điểm kết nối bộ mã hóa (không có độ rơ, cách điện, không tải trọng lên ổ trục của bộ mã hóa) và điểm kết nối truyền động chính (hấp thụ độ lệch ngang do giãn nở nhiệt, không tải trọng lên hộp số truyền động chính xác). Các trục bằng thép không gỉ và đĩa PEEK thường được chỉ định cho các ứng dụng chính xác ngoài trời này — thép không gỉ cung cấp khả năng chống ăn mòn trong môi trường ven biển hoặc sa mạc ẩm ướt, và PEEK cung cấp độ ổn định nhiệt cần thiết cho hoạt động liên tục ngoài trời trong điều kiện khí hậu có nhiệt độ môi trường cao.
Môi trường ngoài trời của một hệ thống năng lượng mặt trời đặt ra những yêu cầu về vật liệu vượt xa những yêu cầu thường gặp trong các ứng dụng công nghiệp thông thường:
Tiếp xúc với tia cực tím: Nhựa acetal tiêu chuẩn (POM) dễ bị phân hủy do tia UV khi tiếp xúc lâu dài với môi trường ngoài trời. Tia UV phá vỡ chuỗi polymer, gây ra hiện tượng phấn hóa bề mặt, giòn và tăng độ giòn. Trong các ứng dụng theo dõi ngoài trời tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời, nên sử dụng loại nhựa acetal ổn định tia UV hoặc vật liệu đĩa thay thế khác. Nhựa PEEK chứa sợi carbon có màu đen tự nhiên và hấp thụ tia UV mà không bị phân hủy, do đó rất phù hợp làm vật liệu đĩa ngoài trời. Nếu có thể che chắn khớp nối khỏi ánh nắng mặt trời trực tiếp bằng một lớp vỏ hoặc tấm chắn đơn giản, thì có thể yên tâm sử dụng đĩa acetal tiêu chuẩn.
Sự ngưng tụ và chu trình ẩm: Sự thay đổi nhiệt độ hàng ngày từ buổi sáng lạnh đến buổi chiều nóng tạo ra hiện tượng ngưng tụ trên các bề mặt kim loại lạnh trong giai đoạn làm nguội. Trong môi trường ven biển hoặc sa mạc ẩm ướt, hơi nước chứa muối đặc biệt ăn mòn các trục bánh xe bằng nhôm. Nhôm 6061 tiêu chuẩn không được xử lý bề mặt đặc biệt sẽ bị ăn mòn trong những môi trường này trong suốt 25 năm sử dụng. Nhôm được anot hóa có khả năng chống ăn mòn tốt hơn; nhôm anot hóa cứng thậm chí còn bền hơn. Đối với môi trường ven biển hoặc có sương muối, trục bánh xe bằng thép không gỉ 316L là lựa chọn an toàn nhất, hoàn toàn tránh được các vấn đề về ăn mòn.
Nhiệt độ cực đoan: Desert solar installations experience temperature swings from below -20°C on winter nights to above +60°C ambient in summer afternoons, with coupling component temperatures reaching higher still due to direct solar heating. Acetal’s low-temperature brittleness — it becomes significantly more brittle below 0°C — means that a disc replacement or emergency maintenance action in cold conditions carries a risk of brittle fracture if a disc is handled carelessly. PEEK’s much lower cold-temperature brittleness makes it a more robust specification for installations in cold-night climates.
Hệ thống theo dõi hướng mặt trời thường trải rộng trên diện tích lớn — một trang trại điện mặt trời quy mô lớn có thể có hàng nghìn bộ truyền động theo dõi trải khắp hàng trăm hecta. Do đó, chi phí bảo trì từng khớp nối riêng lẻ là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong quá trình vận hành, và việc giảm thiểu tần suất bảo trì là mục tiêu thiết kế chính.
The Oldham coupling’s replaceable disc architecture is well suited to this constraint. When disc replacement is eventually required — typically after several years in a correctly specified solar tracker application — the replacement takes five minutes per coupling without shaft re-alignment or disturbing the mounting structure. A maintenance technician with a small kit of replacement discs and a torque wrench can service multiple couplings per day. Compare this with bellows couplings that require full replacement and re-alignment, which takes significantly longer and may require two technicians.
Đối với các hệ thống quy mô lớn, công ty vận hành nên thiết lập chương trình thay thế đĩa dựa trên tuổi thọ dự kiến cho các điều kiện lắp đặt cụ thể — khí hậu, chu kỳ vận hành và vật liệu đĩa — và dự trữ đủ đĩa thay thế cho toàn bộ hệ thống. Chi phí dự trữ đĩa dự phòng là rất nhỏ so với chi phí cho một lần bảo trì đột xuất đến một dãy máy dò ở vùng xa.
| Loại/Vị trí thiết bị theo dõi | Vật liệu trục | Vật liệu đĩa | Lý do chính |
|---|---|---|---|
| HSAT, địa điểm khô hạn nội địa | Nhôm anot hóa | Acetat hoặc PEEK ổn định tia UV | Độ ẩm thấp, ưu tiên chống tia UV |
| HSAT, khu vực ven biển hoặc ẩm ướt | Thép không gỉ 316L | NHÌN TRỘM | Khả năng chống ăn mặn và ngưng tụ |
| HSAT, khí hậu lạnh (dưới -20°C) | Thép không gỉ 316L | NHÌN TRỘM | Độ bền cao ở nhiệt độ thấp, không bị giòn khi nguội. |
| Bộ theo dõi CPV/CSP hai trục | Thép không gỉ 316L | NHÌN TRỘM | Độ chính xác cao + Môi trường ngoài trời + Tuổi thọ cao |
Bộ truyền động theo dõi năng lượng mặt trời kết hợp ba yêu cầu thường xuất hiện riêng lẻ trong các ứng dụng khác nhưng hiếm khi cùng nhau: khả năng hấp thụ độ lệch ngang do giãn nở nhiệt trong chu kỳ nhiệt độ hàng ngày từ 50 đến 80°C; tuổi thọ cao trong môi trường ngoài trời với tia cực tím, độ ẩm và nhiệt độ khắc nghiệt; và khả năng tiếp cận bảo trì tối thiểu trong các hệ thống lắp đặt phân tán lớn. Khớp nối Oldham giải quyết cả ba vấn đề này thông qua cơ chế đĩa trượt – giúp hấp thụ độ lệch nhiệt mà không chịu tải trọng trong suốt hàng thập kỷ hoạt động hàng ngày – và các tùy chọn vật liệu, cung cấp khả năng chống tia cực tím, nhiệt độ và ăn mòn phù hợp với từng điều kiện khí hậu lắp đặt. Được lựa chọn chính xác với trục bằng thép không gỉ và đĩa PEEK cho môi trường khắc nghiệt, và với vật liệu ổn định tia cực tím cho tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời, khớp nối Oldham trong bộ truyền động theo dõi năng lượng mặt trời sẽ hoạt động đáng tin cậy trong suốt vòng đời thiết kế từ 25 đến 30 năm của hệ thống lắp đặt chỉ với việc kiểm tra và thay thế đĩa định kỳ là yêu cầu bảo trì duy nhất.
Hãy xem qua trang của chúng tôi. Dòng sản phẩm khớp nối Oldham dành cho ứng dụng ngoài trời và năng lượng mặt trời. với tùy chọn trục bằng thép không gỉ và đĩa PEEK, hoặc liên hệ với nhóm của chúng tôi Để được hướng dẫn lựa chọn vật liệu phù hợp với điều kiện khí hậu lắp đặt và thiết kế hệ thống theo dõi của bạn.
Textile machinery operates at the intersection of high speed, continuous duty, and precision synchronisation —…
Rotational inertia — the resistance of a rotating body to changes in its angular velocity…
Oldham coupling catalogues present a dense matrix of numbers — outer diameters, bores, torque ratings,…
Flexible coupling selection looks straightforward from the outside — find something with the right bore…
Semiconductor manufacturing is arguably the most demanding environment in which any mechanical component can be…
Most Oldham coupling applications involve horizontal shaft connections — a motor mounted beside or above…