Kaks väljakutset, mis muudavad päikeseenergia jälgimisseadme valiku ainulaadseks
Päikesejälgijatel on teatud ühised omadused standardsete servomootorite positsioneerimisrakendustega, kuid kaks päikesejälgimisega seotud tehnilist väljakutset ei ole standardse servomootori valiku metoodikaga piisavalt kaetud. Enne mis tahes suhte või raami suuruse õiget valimist tuleb mõista mõlemat.
Päikesepaneel jälgib päikest asimuudis kiirusega 0,375°/min – see vastab ajami väljundvõlli kiirusele 0,0010 p/min. Isegi 320:1 reduktsiooni korral töötaks mootor kiirusel 0,33 p/min. Standardsete servomootorite kiiruse reguleerimise stabiilsus kaob alla umbes 50 p/min, mis tähendab, et enkooderi impulsid saabuvad liiga harva, et kiirussilmus saaks töötada. See tähendab, et päikese jälgimise kiirust ennast ei saa mootori tööpunktina kasutada. Vaja on täiesti teistsugust sõidustrateegiat.
Päikesepargid on tavaliselt projekteeritud 25-aastaseks tööeaks minimaalse kohapealse hooldusega. Suure võimsusega päikesepargis võib olla tuhandeid jälgimisseadmeid, mis on hajutatud üle kauge asukoha kõrbes, rannikul või troopilistes tingimustes. Iga seade peab vastu pidama: UV-kiirgusele, mis kahjustab tihendeid ja määrdeainet; soolapihustile rannikuäärsetes paigaldistes; temperatuurikõikumistele alates −25 °C öisest kuni +90 °C suvise korpuse temperatuurini; tolmu ja liiva sissetungile kõrbealadel; ja perioodilisele vihmaveega survepesule põllumajanduskeskkonnas. IP65 ja eluaegne hermeetiline määrimine ei ole valikulised – need on minimaalsed teostatavad nõuded.
Päikeseenergia liikumise jälgimise nõuded – asimuut, kõrgus ja avariiasend
Päikesejälgija ajamid peavad teostama kolme erinevat liikumisprofiili väga erinevate kiiruse ja pöördemomendi nõuetega. Ülekandearv peab kõiki kolme samaaegselt arvestama – mistõttu määrab kiire ümberpositsioneerimiskiirus, mitte jälgimiskiirus, ülekandearvu praktilise ülempiiri.
JÄLGIMINE
Päike läbib 180° umbes 8 tunniga (ekvatoriaalses asendis, selge taevas). Ajami väljundvõllil: 0,375°/min = 0,0010 p/min asimuut. Isegi suhtega i=320:1 oleks mootori kiirus 0,33 p/min – alla stabiilse servovahemiku. Insenerilahendus: vahelduv liigutamine ja hoidmine (vt moodul 3). Pöördemomendi nõue on tuulekoormuse pöördemoment jagatud ülekandearvuga – tavaliselt on tegemist tagasihoidliku mootoriga vahemikus 100 W–400 W suure ülekandearvuga.
/ LÄHTESTA
Koidikul peab jälgimisseade eelmise päeva läänepoolsest peatumisasendist liikuma tagasi idapoolsesse algasendisse – 180° asimuudipööre. 1 p/min väljundkiirusel kuni i=200 töötab mootor kiirusel 200 p/min – see on stabiilse servomootori ulatuse piires. See ümberpositsioneerimiskiirus määrab ülemine Käigukasti ülekandearvu piirang: i=320 ja n_fast=2 p/min juures saavutaks mootor kiiruse 640 p/min – see on ikka veel vahemikus. Suhe tuleks valida nii, et kiire ümberpositsioneerimine annaks n_motorile kiiruseks 100 kuni 1500 p/min.
HOIDKE
Kui tuule kiirus ületab ellujäämisläve (tavaliselt 25–30 m/s), annab kontroller käsu avariiseisuks: paneel liigub võimalikult kiiresti horisontaalasendisse (minimaalne tuulepindala). IEC 62817 soovitab enamiku jälgimisseadmete puhul seiskamise lõpetada 3 minuti jooksul. 90° seiskamisliikumine kiirusel i=200 nõuab n_out = 90/(3×360) = 0,083 p/min → n_motor = 16,7 p/min – veidi madal, kuid piisav asendiga juhitava seiskamise jaoks. Valige selline suhe, et seiskamisliikumine toimuks mootori nimipöördemomendi juures usaldusväärselt ettenähtud ajaeelarve piires.
Katkendliku jälgimise strateegia – mootori kiiruse paradoksi lahendamine
Mootori kiiruse paradoksi lahendus on pärast tuvastamist lihtne: päikesejälgijad ei pea liikuma pidevalt jälgimiskiirusel. Nad peavad vaid hoidma paneeli nõutava jälgimistäpsuse tolerantsi piires. Pideva aeglase pöörlemise asemel teostab ajam kiireid väikeseid korrektsioone ümberpositsioneerimiskiirusel, mida eraldavad statsionaarsed hoidmisperioodid. Hoidmisperioodi ajal mootor seisatakse (servo hoidmisasend nullkiiruse käsuga). Korrektsiooni ajal töötab mootor ümberpositsioneerimiskiirusel – stabiilse servovahemiku piires.
Jälgimise täpsus ja energia saagikus: Jälgimise ebatäpsuse koosinuseefekt vähendab paneeli väljundit cos(θ_error) võrra. ±0,5° jälgimisvea korral on võimsuskadu vaid 0,0038% – 100 kW paneeli puhul, mis töötab 2920 tundi aastas, on see 11 kWh/aastas, mis on väärt vähem kui $1. Jälgimistäpsus ±0,5° on lamepaneelidega päikesepaneelide puhul nii energiatootlikkuse kui ka käigukasti spetsifikatsiooni seisukohast enam kui piisav. Erandiks on CPV (kontsentreeritud fotogalvaanilised) süsteemid – need vajavad ±0,1° või paremat nurka, kuna nende optiline vastuvõtunurk on palju kitsam.
Tuulekoormuse pöördemoment — päikesejälgijate ajamite peamine projekteerimiskoormus
Päikesejälgija ajami domineeriv pöördemoment ei ole paneeli kaal, vaid tuule surve paneeli pinnale. Erinevalt enamikust servorakendustest, kus inerts või hõõrdumine määrab tipp-pöördemomendi, kogevad päikesejälgijad püsivat aerodünaamilist koormust, mis määrab nii pideva nimipöördemomendi kui ka avariipidurdusmomendi. Tuulekoormus skaleerub tuule kiiruse ruuduga ja lineaarselt paneeli pindalaga, mistõttu on suured mitme paneeliga read oluliselt nõudlikumad kui ühe paneeliga seadmed.
Pöördemomendi valem: T_tuul = 0,5 × ρ_õhk × v² × A_paneel × n_paneelid × Cd × R_käsi, kus ρ_õhk = 1,225 kg/m³, A_paneel = 2 m² (400 W paneel), Cd = 1,0–1,5 (sõltub paneeli konfiguratsioonist), R_käsi = 0,6 m (kaugus pöörlemisteljest paneeli rõhukeskmeni).
| Jälgija konfiguratsioon | CD | T @ 15 m/s disainituul |
T @ 20 m/s tugev tuul |
T @ 25 m/s päästik |
T @ 30 m/s ellujäämine (paigutatud) |
SF = 2,0 korral Projekteerimispöördemoment |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Üksikpaneel (1 × 400 W) | 1.0 | 165 Nm | 294 Nm | 459 Nm | 662 Nm | 588 Nm kiirusel 20 m/s |
| 2-paneeliline rida | 1.0 | 331 Nm | 588 Nm | 919 Nm | 1323 Nm | 1176 Nm kiirusel 20 m/s |
| 4-paneeliga (2×2) ★ tüüpiline väiketalu | 1.3 | 860 Nm | 1529 Nm | 2389 Nm | 3440 Nm | 3058 Nm kiirusel 20 m/s |
| 10-paneeliline (5×2) tarbekaal | 1.4 | 2315 Nm | 4116 Nm | 6431 Nm | 9261 Nm | 8232 Nm kiirusel 20 m/s |
| 20 paneeliga rida (10×2) suur universaalne | 1.5 | 4961 Nm | 8820 Nm | 13 781 Nm | 19 845 Nm | 17 640 Nm kiirusel 20 m/s |
Tuulemoment T = 0,5 × 1,225 × v² × 2,0 × Cd × n_paneelid × 0,6m. Projekteerimismoment = tuulemoment kiirusel 20 m/s × SF = 2,0. Ellujäämiskoormuse (paigutuskontroll) jaoks kasutage T kiirusel 30 m/s – käigukast peab paneeli paigal hoidma, kui mootor on pingestamata (ussülekanne) või servohoidemomendiga (planetaarülekanne). Märkus: 10 ja 20 paneeliga rea konstruktsioonid vajavad reas mitut ajamit – need arvud on ajami kohta, eeldades võrdset koormuse jagamist.
4-paneeliline (2×2) jälgimisseade on Koreas kõige levinum elamu- ja väikeäri päikesepaneelide konfiguratsioon. 20 m/s tuulekiirusel ja SF=2,0 on projekteeritud pöördemoment 3058 N·m, mis ületab nimiväljundpöördemomenti. kõik Standardsed üheastmelised EP-ZDE ja EP-ZDS seadmed. Saadaval on kaks võimalust: (1) kasutada EP-ZDS-190 3-astmelisel seadmel nimivõimsusega 1800 N·m – ühe seadme puhul saavutatakse ainult 59% projekteeritud pöördemomenti; (2) kasutada kahte ajamit, mis jagavad koormust ja kannavad kumbki 1529 N·m, millega EP-ZDS-190 oma nimivõimsuse piires toime tuleb. 4+ paneeliga konfiguratsioonide puhul on vaja mitme ajamit või spetsiaalseid suure pöördemomendiga jälgimisseadmeid. Korea Ever-Poweri rakenduste inseneriosakond pakub nendeks juhtudeks mitme seadme konfiguratsiooni juhiseid.
Päikeseenergia jälgimise tagasilöök – mis on oluline ja mis mitte
Päikesejälgijate ajamite puhul nimetatakse tagasilööki sageli kriitiliseks spetsifikatsiooniks. Standardse servopositsioneerimise korral – kus ajam sageli suunda vahetab – loob tagasilöök iga suunavahetuse ajal surnud tsooni, mis mõjutab otseselt positsioneerimistäpsust. Päikese jälgimine on põhimõtteliselt erinev: jälgimispäeva jooksul liigub ajam ainult ühes suunas (idast läände). Tagasilöök, mis on suunavahetuse nähtus, ei mõjuta jälgimistäpsust ühesuunalise liikumise ajal.
Tagasilöök on nullefekt Jälgimistäpsuse kohta. Paneel liigub pidevalt ühes suunas – hammasrataste haak on alati koormatud sama hamba küljel. Surnud tsooni ei ole. 25 kaareminutilise lõtkuga käigukast jälgib sama täpselt kui 3 kaareminutilise lõtkuga käigukast, eeldades, et ajam on tuulekoormuse all.
Kui ajam pöörab koidikul läänest itta lähtestamiseks tagurpidi, tuleb enne väljundvõlli liikuma hakkamist läbida tagasilöögi surnud tsoon. Jälgimiskiirusel (0,375°/min) võtab 8 kaareminuti (0,133°) lõtku läbimine umbes 21 sekundit. Standardsete lamepaneelidega PV-süsteemide puhul on see tühine. ±0,1° täpsust vajavate CPV-süsteemide puhul võib isegi 8 kaareminuti = 0,133° tagurpidi liikumise ajal lühiajaliselt tolerantsi ületada.
| Tagasilöögi spetsifikatsioon | Surnud tsoon tagasipööramisel | Läbimise aeg jälgimiskiirusel |
Jälgimise ajal | Sobib |
|---|---|---|---|---|
| <8 kaareminuti (ZDE/ZDS) | 0,133° | ~21 sekundit | Ei mingit mõju ✅ | Kõik lamepaneeliga PV, CPV koidikukompensatsiooniga |
| <12 kaareminuti (2-astmeline) | 0,200° | ~32 sekundit | Ei mingit mõju ✅ | Kõik lamepaneelidega päikesepaneelide rakendused |
| <25 kaareminuti (ZDWE/ZDWF) | 0,417° | ~67 sekundit | Ei mingit mõju ✅ | Ainult lameekraan; CPV jälgimiseks liiga lai |
Spetsifikatsiooni mõju: Standardsete lamepaneelidega päikesepaneelide puhul ei ole tagasilöök oluline valikukriteerium peale minimaalse kvaliteeditaseme tagamise. Standardne EP-ZDE/ZDS (<8 kaareminuti) või isegi odavam seade, mille kiirus on <25 kaareminuti, on jälgimistäpsuse seisukohast tehniliselt piisav. Päikesejälgimisseadmete puhul on tegelikult olulised spetsifikatsioonikriteeriumid järgmised: (1) tuulekoormuse pöördemomendi kandevõime, (2) IP65 välistingimustes kasutamiseks, (3) ülekandearv servo stabiilsuse tagamiseks ümberpaigutamise ajalja (4) kasutuselevõtu kliima temperatuurivahemikLõtk on teisejärguline parameeter – määrake <8 kaareminuti kvaliteedi tagamiseks, mitte sellepärast, et see oleks täpsuse piirav tegur.
Väliskeskkonna nõuded – IP-kaitseaste ja temperatuur vastavalt paigaldustsoonile
Päikesejälgija paigalduskeskkond määrab ajami käigukasti minimaalse IP-kaitseastme ja materjalinõuded. Päikesepaneelide pargid hõlmavad peaaegu kõiki kliimavööndeid – alates Korea rannikualadest, kus on soolane pihusti, kuni kõrbepaigaldisteni, kus on äärmuslik UV-kiirgus ja tolm, kuni troopiliste paigaldisteni, kus on kõrge õhuniiskus ja sagedased vihmad. 25-aastane kavandatud eluea nõue (IEC 62446) tähendab, et ühtegi komponenti ei saa esialgsel projekteerimisel pidada "õigeks spetsifikatsiooniks liiga kalliks".
EP-seeria valik nelja päikesejälgija konfiguratsiooni jaoks
Korea ja Aasia päikesepaneelide paigaldistes kasutatavatel neljal peamisel päikeseenergia jälgimisseadme konfiguratsioonil on erinevad ajaminõuded, mis määratakse kindlaks paneelide arvu (tuulekoormus), jälgimise täpsuse nõude (tasane PV vs CPV), telgede arvu (üksik vs kahekordne) ja kasutuselevõtu ulatuse (elamutest kommunaalteenusteni) järgi.
T_disainitud ≤ 600 N·m (1 paneel kiirusel 20 m/s, SF = 2,0)
n_väljund_kiire ≤ 2 p/min
Jälgimine: piisav ±0,5°
IP54 (sisemaa) või IP65 (rannikuala)
T_mootor = 588/(200 × 0,90) = 3,3 Nm
→ 400–750 W servomootor
i=200: n_mootor@2 p/min = 400 p/min ✅
→ soovitatav i=160–200
EP-ZDE-160, 160:1 (IP54)
või EP-ZDS-115, 160:1 (IP65, rannikuala)
Pöördemoment: 450/210 Nm ✅ vs 588 Nm mudel
T_disainitud 1176–3058 N·m (SF = 2,0 kiirusel 20 m/s)
Soovitatav IP65 kaitseaste (välistingimustes 25 aastat)
n_väljund_kiire ≤ 1,5 p/min
Jälgimine: piisav ±0,5°
2-paneeliline: T_design = 1176 Nm → EP-ZDS-142 ✅
4-paneeliline: T_design = 3058 Nm → 2 × ajamit
i=160–200, n_mootor @1.5 p/min=240–300 p/min ✅
2-paneeliline: EP-ZDS-142, 160:1, IP65
4-paneeliline: 2× EP-ZDS-142 jagab koormust
või 1× EP-ZDS-190 (1800 Nm lagi, 3-astmeline)
Asimuut + elevatsiooniteljed (2 ajamit)
Jälgimistäpsus: ±0,1° (CPV optiline aktsepteerimine)
Parandus iga 16 sekundi järel
IP65 kohustuslik (välistingimustes, väärtuslik sihtmärk)
T: 200–800 N·m telje kohta arvutusliku tuule korral
Asimuut i=200–256 (mootor stabiilne kiirusel 200–256 p/min)
Kõrgus i=120–160 (madalam kiirusvahemik)
BL <8 kaareminuti → CPV tagasipööramine OK kontrolleri kompensatsiooniga
Asimuut: EP-ZDS-115/142, 200:1, IP65
Kõrgus: EP-ZDS-115, 120:1, täisnurkne (ZDWF)
Mõlemad: BL <8 kaareminuti, FKM tihendid välistingimustesse
Väga suur pöördemoment: 500–1800 Nm ajami kohta
Ainult asimuut (läbivooluteed ida-läätse suunas iga päev)
Elamu temperatuuririsk: kuumaveerenni lähedus võib ületada +90 °C
IP65 on oluline; FKM tihendid on kohustuslikud
Kontrollige kollektori konstruktsiooni soojusisolatsiooni
Projekteerimispöördemoment: 500–1800 Nm
EP-ZDS-142 lagi: 910 Nm ✅ (keskmine CSP)
EP-ZDS-190 lagi: 1800 Nm ✅ (suur CSP)
Suhe: 100–160:1 (vajalik suurem väljundkiirus)
Keskmise suurusega CSP: EP-ZDS-142, 120:1, IP65, FKM
Suur CSP: EP-ZDS-190, 100:1, IP65, FKM
⚠ Kontrollige, et korpuse temperatuur kollektori läheduses oleks ≤ 90 °C
Päikeseenergia jälgimisseadme spetsifikatsiooni kontroll-leht – kuus parameetrit enne tellimist
Arvutage T_wind projekteeritud tuulekiirusel (tavaliselt 20 m/s tööks, 30 m/s ellujäämiseks). Rakendage SF=2.0. Määrake paneelide arv ajami kohta. Kasutage mooduli 4 tuulemomendi tabelit, et leida T_design. Võrrelge seda EP-seeria väljundmomendi ülemmääraga valitud raami ja ülekandearvu jaoks.
Seadista i nii, et n_motor kiire ümberpositsioneerimise korral (väljund 1–2 p/min) annaks 100–600 p/min. Kontrolli n_motor maksimaalse ümberpositsioneerimise korral ≤ 3000 p/min. Kasuta vahelduvat jälgimisstrateegiat – ära püüa mootorit pidevalt jälgimiskiirusel käitada. Soovitatav vahemik: i=120–256 enamiku päikesejälgija konfiguratsioonide puhul. Vaata kõrge suhtega juhik detailse analüüsi jaoks.
Sisemaa parasvöötme puhul on minimaalne kaitseklass IP54 (Korea standardne sisemaa asukoht). Ranniku-, kõrbe-, troopika- ja põllumajandusaladel on kohustuslik IP65. Välitingimustes paigaldamiseks valige FKM-tihendid – standardne NBR laguneb UV- ja osoonikiirguse käes. IP65 = ainult EP-ZDS seeria.
Kontrollige korpuse temperatuuri ≤ +90 °C. Otsese päikesevalguse käes ja halva ventilatsiooniga võivad tumedate käigukasti korpuste temperatuur kõrbes suvel ulatuda 85–90 °C-ni. CSP/rennsüsteemide puhul on oluline termiline isolatsioon kuumast kollektoristruktuurist. EP-seeria nimiväärtus on min −25 °C; külmema kliima korral täpsustage külmkäivituse protokoll.
Lamepaneeliga PV puhul on piisav tolerants ±0,5°; jälgimistäpsuse seisukohast on vastuvõetav kuni 25 kaareminuti lõtk. CPV puhul: ±0,1° või parem; täpsustage <8 kaareminuti ja rakendage kontrolleri lõtku kompenseerimist koidiku ümberpööramisel. Jälgimise ajal (ühesuunaline) toimuv täpsus ei ole kummagi tüübi puhul lõtku poolt piiratud.
EP-seeria tihendusmäärde L10 = 20 000 töötundi ≈ 7 aastat 2920 töötunni/aasta juures. 25-aastase päikeseelektrijaama projekteeritud eluea puhul planeeri kaks käigukasti vahetust (7. ja 14. aastal). Arvesta LCOE arvutamisel asenduskulu. Varuosade hulgi ladustamine vähendab ühiku kohta asenduskulu; enne suurte päikeseelektrijaamade kasutuselevõttu kontrolli Korea edasimüüjate saadavust.
Korea Ever-Power pakub päikesejälgijate ajami spetsifikatsioone, sealhulgas tuulekoormuse pöördemomendi arvutust teie konkreetse paneeli konfiguratsiooni jaoks, ülekandearvu soovitust stabiilse servo töö jaoks, IP-kaitseastme hindamist paigaldustsooni järgi ja korpuse temperatuuri kontrolli. EP-seeria täieliku soovituse saamiseks esitage paneelide arv, tuulekiiruse projekteerimispunkt, paigalduskoht ja jälgimisseadme tüüp (ühe-/kaheteljeline, PV/CPV).
Toimetaja: Cxm
