Päikeseenergia jälgija planetaarne käigukast
ja tuuleturbiin — suure ülekandearvuga ajami valik

Planetaarse käigukasti päikesejälgijaga asimuudiajami määramisel ei ole esimene arvutus käigukasti kataloogi otsing – see on tuluarvutus. Päikesejälgijaga käigukasti valik on tööstuslike käigukasti rakenduste seas ebatavaline: spetsifikatsioon on otseselt seotud energiatuluga. Iga jälgimispaneeli ja päikese vahelise suunamisvea aste vähendab langevat kiirgust veanurga koosinuse võrra. Väikeste nurkade korral on see ligikaudu lineaarne – 1° jälgimisviga vähendab paneeli efektiivset kiirgust ligikaudu 1,5% ja 2° viga ligikaudu 3%. Korea päikesepaneelide 4000 tipptunni pikkuse päikeseenergia genereerimise korral on terve aasta jooksul püsiva suunamisebatäpsuse tõttu tekkiv energiakadu täielikult arvutatav.

See tuluarvutus muudab käigukasti spetsifikatsiooni: suurema täpsusega käigukast, mis maksab roomiku kohta 500 000 ₩ rohkem, aga hoiab ära 18 000 000 ₩ suuruse tulude vähenemise aastas, tasub end ära 10 päevaga. Käigukasti kohta käiv küsimus ei ole mitte „milline on minimaalne vastuvõetav lõtk?“, vaid „milline on maksimaalne lubatud roomikuviga ja milline on lõtkueelarve, mida see jõuülekandes võimaldab?“.

Päikesejälgija asimuudi telje puhul on kogu nurkvea eelarve tavaliselt ±0,3° kuni ±0,5°, mis arvestab tuule poolt põhjustatud paneeli võnkumist, konstruktsiooni paindumist, anduri määramatust ja juhtimissüsteemi viivitust. Käigukasti lõtku osakaal ei tohiks sellest eelarvest ületada 30–40%, mis asetab käigukasti spetsifikatsiooni asimuuttelgede puhul ≤5–10 kaareminuti ja CPV (kontsentreeritud fotogalvaaniliste) jälgimisseadmete puhul ≤2–3 kaareminuti, kus suunamistäpsus määrab otseselt kontsentratsiooni elemendile.

Asimuutse ajami pöördemomendi vajadus tuleneb kahest jõust: tuulekoormusest paneelimassiivile ja laagri hõõrdumisest pöördrõnga juures. Nendest on tuulekoormus domineeriv Korea ranniku- ja mägismaa päikesepaneelide paigaldamisel, kus projekteeritud tuulekiirused ulatuvad taifuunkategooria tormide ajal 40–60 m/s.

Redutseerimissuhte nõue: Standardne 1450 p/min asünkroonmootor, mis ajab asimuudi väljundkiirust 0,1 p/min, vajab suhet 14 500:1. Sama väljundvõimsusega 3000 p/min servomootor vajab suhet 30 000:1. Selliseid äärmuslikke suhtarve saab saavutada ainult mitmeastmeliste planetaarkonfiguratsioonide või mitmeastmelise planetaarkonfiguratsiooni ja usskäigukastiga lõppastme kombinatsiooniga.

See EP-AH/AHK neljaastmeline seeria saavutab ühes suletud seadmes 10 000:1. Sisendkiirusel 1450 p/min annab see väljundkiiruseks 0,145 p/min – seda saab otse kasutada enamiku päikeseenergia jälgimisseadmete aeglase liikumisega nõuete jaoks ilma viimase ussliigendita, lihtsustades ajamisüsteemi ja parandades üldist efektiivsust.

Massiivi skaala → Pöördemomendi nõue → Korea Ever-Power seeria

Pöördemoment ühiku kohta eeldab, et jälgimismassiivi kohta on 4–8 ajamit, mis jagavad kogu tuulekoormuse pöördemomenti. Kinnitage oma konkreetse massiivi geomeetria ja kavandatud tuulekiiruse täieliku konstruktsioonianalüüsiga.

Päikese- ja tuuleenergia rakenduste jaoks vajalikke äärmuslikke reduktsioonisuhteid ei ole võimalik saavutada ühes planetaarses astmes – füüsiline piir on umbes 10:1 astme kohta. 10 000:1 saavutamiseks on vaja nelja kaskaadselt ühendatud planetaarset astet ühes suletud korpuses. See erineb põhimõtteliselt kombineeritud käigukasti ahelast (kaks või kolm eraldi seadet järjestikku ühendatud).

Miks ühe ühiku neljaastmeline kett ületab liitketti: Neljast ühikust koosnev 10 000:1 tihenduskett vajab nelja eraldi korpust, nelja eraldi määrdetäitekohta, nelja eraldi IP65 tihenduspinda ja kolme vahevõlli sidet – igaüks neist on potentsiaalne rikkekoht ja hooldusobjekt välistingimustes asuvas taastuvenergiapaigaldises, mis võib asuda lähimast hooldusmeeskonnast 5 km kaugusel. Ühe ühikuga neljaastmelisel planetaarseadmel on üks korpus, üks suletud määrdetäitekoht, üks IP65 kaitsekate ja puuduvad vahevõlli sidurid. Avamere tuuleturbiinide paigaldamise puhul on ühe ühiku lihtsus töökindluse nõue, mitte pelgalt mugavus.

See EP-AFHK neljaastmeline täisnurkne seeria Annab ühes suletud täisnurkses seadmes kuni 10 000:1 pöördemomendil 1975–3800 N·m – täisnurkne väljund ajab otse pöördrõngast või asimuuthammast ilma täiendava kaldenurgata. Kasutatakse Korea CPV jälgimisseadmete asimuutajamites Jeju saarel, kus 48 seadet läbisid kolm täielikku taifuunhooaega ilma ühegi käigukasti rikketa.

Korea päikese- ja tuuleenergiajaamade temperatuurivahemik on lai. Jeju saare ja lõunaranniku rannikualadel on talvel madalaim temperatuur −2 kuni −5 °C. Sisemaal ja põhjapoolsetel mägismaal asuvatel aladel langeb temperatuur jaanuaris ja veebruaris −8 kuni −15 °C. Kõik nendesse kohtadesse paigaldatud käigukastid peavad kohaliku talvise miinimumtemperatuuri juures usaldusväärselt töötama, ilma et oleks vaja soojendusega korpusi või madalal temperatuuril õlivahetust.

Standardsetes Korea Ever-Power EP planetaarmootorite seeriates (EP-AB, EP-AF, EP-AH, EP-AFHK jne) kasutatakse suletud määret, mille alumine temperatuuripiirang on −10°C — hõlmab kõiki Korea välistingimustes kasutatavaid taastuvenergiaseadmeid ilma muudatusteta. Suletud määrde spetsifikatsioon on ette nähtud käivitusmomendi ja viskoossuse jaoks temperatuuril −10 °C.

Praktiline tulemus: kõigi Korea välistingimustes kasutatavate taastuvenergia käigukasti spetsifikatsioonide puhul kasutatakse standardseid EP planetaarmootorite seeriaid (EP-AH, EP-AFHK jne) ja alumine piir –10 °C on kinnitatud. Madala temperatuuri modifikatsioone, kuumutatud käigukasti korpust ega talvist hooldusprotseduuri pole vaja.

Korea päikese-/tuuleenergia saidi temperatuur vs käigukasti spetsifikatsioon

IP65 vastavalt standardile IEC 60529 määrab täieliku tolmukaitse (6) ja kaitse veejoa eest igast suunast kuni 12,5 l/min rõhul 30 kPa (5). See käsitleb otseselt kolme peamist sissetungimise ohtu Korea taastuvenergia välistingimustes asuvates kohtades:

Kõik Korea Ever-Poweri standardsed EP planetaarmootorite seeriad on IP65 kaitseklassiga – spetsiaalset tellimiskoodi pole vaja. Suletud määrdekonstruktsioon, mis võimaldab orientatsioonist sõltumatut paigaldamist, loob ka IP65 geomeetria: puuduvad täite-/tühjendusavad, saastumisohtlikud ventilatsioonikorgid ja õlitaseme aknad, mis võiksid lekkida.

Suunatulede ajam — gondli orientatsioon

Lengerdusajam pöörab tuuleturbiini gondlit horisontaalselt, et joondada rootor tuule suunaga. See töötab äärmiselt madalal kiirusel (0,02–0,1 p/min) gondli massi ja güroskoopiliste koormuste väga suure pöördemomendi vastu. Korea 4,5 MW avamereturbiini gondli mass ületab 300 tonni – lengerduslaagri hõõrdumine ja güroskoopiline moment tekitavad koos lengerdusajami pöördemomente 4000–6000 N·m ajami kohta, kusjuures kogu lengerduskoormust jagavad 4–8 ajamiüksust.

Suunamise täpsuse nõue: rootori ja tuule vaheline ±5° joondusnihe tekitab vähem kui 0,4% võimsuskadu – seega on suunamise täpsuse spetsifikatsioon palju leebem kui päikesejälgija asimuut. Suunamise ajamite peamised käigukasti nõuded on pöördemomendi taluvus, konstruktsiooni jäikus (kindlus gondli võnkumisele tuuleiilide ajal), suletud ilmastikukindel konstruktsioon ja töötamine temperatuuril −10 °C. EP-AHKA kolmeastmeline täisnurkne seeria käsitleb kõiki nelja: kuni 9585 N·m pöördemomendi juures 1800:1 ühes suletud täisnurga all olevas seadmes, mille temperatuur on kuni −10 °C, ning New Line'i konstruktsioonikorpus on loodud tuuleturbiini lengerdusoperatsiooni püsivaks koormustsükliks.

Sammuülekanne — laba nurga reguleerimine

Sammuajam pöörab iga tuuleturbiini laba ümber oma pikitelje, et kontrollida rünnakunurka – see on peamine võimsuse reguleerimise mehhanism nimituulekiirusest kõrgemal. Sammu korral on vaja kiiremat reageeringut kui lengerduse korral (0,5–2°/sekundis) ja suuremat positsioneerimistäpsust (±0,5° sammunurk mõjutab otseselt võimsust ja konstruktsiooni koormust). See suurema kiiruse, mõõduka täpsuse ja mõõduka pöördemomendi (200–1000 N·m laba kohta) kombinatsioon viitab kaheastmelisele EP-AH või EP-AFHK konfiguratsioonile, mitte neljaastmelisele, mida kasutatakse lengerduse korral.

Korea avamere turbiinide sammuajamid on varustatud avariiseiskamisvõimega – võimega pöörata labad sulgeasendisse (0° rünnakuasendisse) isegi elektrikatkestuse korral. See nõuab kas vedru abil salvestatud energiat või akutoidet. Käigukast peab vastu pidama vedru/aku avariipöördemomendile ilma kahjustusteta – seda kinnitab EP-AH seeria avariiseiskamismomendi spetsifikatsioon.

Korea tuuleturbiinilabade ja päikesepaneelide raamide tootmistehased kasutavad kiudude paigaldamiseks, liimimiseks ja keevitamiseks suureformaadilisi portaalsüsteeme, millel on hammaslatt-hammasrattaga lineaarajamid. Need tootmisportaalsüsteemid on ise osa taastuvenergia tarneahelast – ja neil on sama hammasrataste kulumise probleem, mida on kirjeldatud CNC-portaalpinkide puhul.

Korea tuuleturbiinilabade tootmisüksus Jeollabuk-dos kasutab 50 m pikkust hammaslatiga kiudplatvormi kiirusega 60 m/min. Sellel kiirusel kolmes vahetuses töötades jõuab hammasratta hammaskülje kulumine vahetuspiirini iga 6–8 kuu tagant. Tavapärase hammasülekande puhul nõuab iga vahetus 4 tundi, sealhulgas mootori lahtiühendamine ja platvormi ümberkalibreerimine.

See EP-APC140 kumer plaat (kompaktne rida, maksimaalselt 14 010 N·m) vähendab iga vahetusaega 30 minutini tänu ühe kruviga isetsentreeruvale Curvic Plate liidesele. Kinnitatud juhtum selles asutuses: 9 hammasratta vahetust 2 aasta jooksul ilma täpsuse uuendamise vajaduseta pärast ühtegi vahetust – Curvic Plate taastas gantry iga sündmuse korral vahetuseelse traverseerimistäpsuse 0,012 mm piiresse.

K
Kas planetaarne käigukast suudab hoida asendit, kui jälgimismootoril puudub toide – öösel või voolukatkestuse ajal?

Planetaarne käigukast on tagasikäiguga – ilma elektrita võiks paneelile mõjuv tuulekoormus põhimõtteliselt käigukasti tagasi pöörata ja jälgimisseadet pöörata. Praktikas lahendavad päikesejälgijad selle probleemi kahe mehhanismi abil: juhtimissüsteem annab enne väljalülitamist käsu ohutuks „hoiatusasendiks“ (suunates paneelid väikese takistusega sulgeasendisse) ja mootori servomootori elektromagnetiline hoidepidur rakendub väljalülitamisel. Planetaarne käigukast ise ei paku passiivset gravitatsiooni- ega tuulekoormuse hoidmist. Kaheteljeliste jälgimisseadmete puhul, millel on vertikaalne tõustelje, kus tõusuajamile mõjuv gravitatsioonikoormus paneks käigukasti tagasi, tagab tõusumootori allavoolu ussikäik või elektromagnetiline pidur vajaliku gravitatsiooni hoidmise funktsiooni, kui toide on välja lülitatud.

K
Millist ülekandearvu vajab tavaline 1450 p/min asünkroonmootor päikeseenergia jälgimisseadme tööks?

Päikesejälgija tüüpiline asimuudi liikumiskiirus on 0,1–0,3 p/min (liikudes 180° 5–10 minutiga päikesetõusust päikeseloojanguni). 1450 p/min asünkroonmootori puhul, mis töötab kiirusel 0,1 p/min: nõutav suhe = 1450 ÷ 0,1 = 14 500:1. Neljaastmeline EP-AH katab ühes seadmes kuni 10 000:1 – see on saavutatav nelja planetaarse astme abil, mille igaühe suhe on 10:1. Suhte 10 000:1 juures annab 1450 p/min sisend väljundiks 0,145 p/min, mis on jälgimisseadme tavapärase liikumisvahemiku piires. Rakenduste puhul, mis vajavad täpset 14 500:1 suhet, lisatakse EP-AH seadme järele ühendaste (ussiaste või täiendav planetaarne aste) või vähendatakse mootori kiirust sagedusmuunduri abil, et võimaldada EP-AH 10 000:1 üheseadme väljundil juhtida jälgimisseadet otse soovitud kiirusel. Kaheteljeliste jälgimismassiivide puhul, kus üks õhukonditsioneeriüksus juhib mitut jälgimisrida ühise võlli kaudu, täppis-CV-veovõllid edastab AH väljundmomendi nurknihete kaudu mööda jälgimisrida, tekitamata ajamiahelasse täiendavat lõtku või joondamata joondust.

K
Kas sama käigukastide perekond saab kaheteljelisel jälgimisseadmel teenindada nii asimuudi- kui ka kõrgustelge?

Jah — EP-AH/AHK tootesari hõlmab mõlemat. Azimuth kasutab tavaliselt täisnurga väljundkonfiguratsiooni (EP-AHKA), nii et mootori saab paigutada jälgimiskolonni sisse, samal ajal kui väljundvõll ajab pöördrõngast horisontaalselt. Elevation kasutab olenevalt kinnitusgeomeetriast kas sisemist või täisnurkset konfiguratsiooni. Pöördemomendi nõuded on erinevad — asimuudi pöördemomenti domineerib tuule takistus kogu massiivil, samas kui elevatsiooni pöördemomenti domineerib paneelide massiivi raskusmoment elevatsioonitelje ümber. Mõlemad teljed kasutavad sama suletud −10 °C nimiväärtusega määret, sama IP65 korpust ja sama Korea Ever-Poweri rakenduse tuge pöördemomendi arvutamiseks ja seeria kinnitamiseks. Kui kaks telge vajavad erinevaid pöördemomendi astmeid, saab samast tooteperekonnast määrata erinevad AH-raami suurused (nt AH200 asimuudi jaoks ja AH140 elevatsiooni jaoks).