Pourquoi les trackers solaires ont besoin de moteurs d'orientation — et pourquoi le moteur est le tracker
Un panneau solaire à inclinaison fixe est orienté vers le sud (dans l'hémisphère nord) selon un angle constant. Il capte l'irradiance maximale uniquement à midi solaire ; le reste de la journée, l'angle d'incidence entre la lumière du soleil et la surface du panneau est sous-optimal, ce qui réduit la production d'énergie de 25 à 401 TP3T par rapport à un panneau orienté en permanence vers le soleil.
Un système de suivi solaire fait pivoter les panneaux pour maintenir l'angle optimal tout au long de la journée. réducteur planétaire à entraînement de rotation Le système d'orientation n'est pas un simple composant du tracker ; dans la plupart des conceptions modernes, il constitue le tracker lui-même. Ce système assure simultanément la fonction de support structurel (supportant le poids du panneau), de mécanisme de rotation (faisant pivoter le champ photovoltaïque) et de verrouillage de position (empêchant le champ de se dérober au vent). Aucun autre composant de l'industrie solaire ne remplit ces trois fonctions structurelles et mécaniques en une seule unité.
Le système d'orientation fait office de suiveur solaire : il supporte le poids du panneau, fait pivoter le réseau et se verrouille contre le vent – trois fonctions en une seule unité intégrée.
Mono-axe vs bi-axe — Deux architectures de suivi, deux exigences d'entraînement différentes
Les systèmes de suivi solaire se divisent en deux catégories, chacune imposant des exigences différentes au mécanisme d'orientation. Comprendre cette distinction est essentiel pour choisir le bon mécanisme : un mécanisme mono-axe utilisé dans une application bi-axe tombera en panne sous l'effet des charges d'inclinaison supplémentaires, et un mécanisme bi-axe utilisé dans une application mono-axe représente un gaspillage de ressources.
| Paramètre | Suivi mono-axe | Suivi à deux axes |
|---|---|---|
| Axes de rotation | 1 (azimut est-ouest) | 2 (azimut + élévation) |
| Rendement énergétique par rapport aux valeurs fixes | +25 à 30% | +35 à 45% |
| Entraînements de rotation par tracker | 1 | 2 (un par axe) |
| Surface du panneau par tracker | 20 – 120 m² | 4 – 30 m² |
| part de marché (services publics) | 85 – 90% | 10 – 15% |
| Couple de sortie du moteur | 2 000 – 8 000 Nm | 500 – 3 000 Nm |
| Couple de décrochage du vent | 15 000 – 50 000 Nm | 3 000 – 15 000 Nm |
Pourquoi le couple de décrochage du vent dépasse le couple moteur de 3 à 8 fois : Le couple moteur nécessaire à la rotation du champ de panneaux en conditions de suivi calmes est modéré (de 2 000 à 8 000 Nm pour un système de suivi mono-axe). En revanche, le couple requis pour maintenir le champ en place lors d'une tempête (pour résister à des vents de 150 km/h sur une surface de panneaux de 60 à 120 m²) est de 15 000 à 50 000 Nm. Le système d'orientation doit être dimensionné pour cette condition de maintien, et non pour la condition de suivi. La plupart des systèmes d'orientation solaire fonctionnent 99,91 TP3T de leur durée de vie à moins de 201 TP3T de leur capacité nominale et doivent résister aux tempêtes (0,11 TP3T) à 1001 TP3T.
Les systèmes de suivi à deux axes utilisent deux moteurs d'orientation : un pour l'azimut (rotation horizontale) et un pour l'élévation (angle d'inclinaison). Les systèmes de suivi à un seul axe utilisent un seul moteur pour le mouvement de suivi principal est-ouest.
Autoblocage — La propriété qui élimine les freins, les moteurs et la consommation d'énergie entre les mouvements
La plupart des systèmes d'orientation industriels utilisent des trains d'engrenages planétaires droits ou hélicoïdaux réversibles : une charge en sortie peut faire tourner les engrenages en sens inverse et entraîner le moteur. Un frein est alors nécessaire pour maintenir la position lorsque le moteur est arrêté. Les systèmes d'orientation des suiveurs solaires utilisent une architecture différente : un étage d'entrée à vis sans fin associé à un étage de sortie planétaire. La vis sans fin assure un autoblocage : l'angle de frottement du filet de la vis est supérieur à l'angle d'hélice, ce qui empêche mécaniquement la charge de sortie (l'enroulement des panneaux) d'entraîner l'entrée en sens inverse.
Ce système d'autoblocage élimine trois composants : le frein de maintien, l'alimentation continue du moteur et la boucle de rétroaction du capteur de position. Entre les mouvements de suivi, le moteur est mis hors tension et les panneaux sont maintenus en position par la géométrie mécanique de l'engrenage à vis sans fin, sans consommation d'électricité. Pour une centrale solaire de 100 MW équipée de 15 000 trackers, la réduction de la consommation d'énergie liée au frein et au moteur de maintien représente une diminution significative des charges parasites.
Le compromis en matière d'efficacité : L'autoblocage des engrenages à vis sans fin a un coût : le rendement d'un étage à vis sans fin est de 40 à 65%, bien inférieur à celui d'un étage planétaire à engrenages cylindriques (94 à 97%). Cependant, en suivi solaire, ce faible rendement est acceptable car la charge de suivi est très faible (le moteur ne fonctionne que 2 à 5 minutes par heure) et l'énergie consommée lors du suivi est inférieure à 0,1% de l'énergie produite par le système de suivi. Les avantages de l'autoblocage (absence d'énergie de maintien, de frein et de risque de perte de position en cas de coupure de courant) compensent largement la perte de rendement lors des brefs mouvements de suivi.
Principe de l'engrenage planétaire. Les entraînements de rotation des suiveurs solaires combinent un étage d'entrée à vis sans fin autobloquant avec un étage de sortie planétaire multiplicateur de couple, alliant ainsi capacité de maintien de position et couple de sortie élevé.
30 ans de vie dans le désert : les défis environnementaux qui définissent l’ingénierie des entraînements à rotation solaire
La plupart des centrales solaires de grande envergure sont situées dans des environnements désertiques, semi-arides ou à fort ensoleillement ; or, ces mêmes lieux qui produisent le meilleur rendement solaire sont aussi ceux qui imposent les conditions les plus difficiles aux équipements mécaniques. Le système d’orientation doit résister à ces conditions pendant 25 à 30 ans sans remplacement programmé.
Volume et qualité : pourquoi l’énergie solaire stimule la demande ? Production constante à grande échelle
Un seul projet de centrale solaire de 100 MW nécessite entre 10 000 et 20 000 variateurs d'orientation, livrés en une seule fois sur un seul site et installés en 6 à 12 mois. Si 11 % de ces variateurs tombent en panne dans les 5 premières années, cela implique 100 à 200 remplacements sur site. Chaque remplacement requiert un camion d'intervention, un technicien, une grue ou un engin de levage, et 2 à 4 heures de main-d'œuvre par variateur. Avec un coût de 500 à 800 USD par intervention, auquel s'ajoute le coût du remplacement du variateur, un taux de défaillance précoce de 11 % représente un coût de maintenance imprévue de 75 000 à 200 000 USD.
C’est pourquoi les développeurs de centrales solaires et les entreprises d’ingénierie, d’approvisionnement et de construction (EPC) privilégient la régularité de la fabrication aux spécifications de performance maximales. Un variateur atteignant une uniformité de lot de 99,91 TP3T à 901 TP3T du couple maximal théorique est plus précieux qu’un variateur atteignant un couple de 1001 TP3T avec une variation de lot de seulement 21 TP3T. La Corée toujours puissante Les installations de production sont équipées pour répondre aux volumes de production par lots et au débit de tests requis par les projets solaires à grande échelle.
En haut : usine de fabrication d’Ever-Power en Corée. En bas : centre de contrôle qualité par lots. Les projets solaires exigent un test de couple de sortie 100% sur chaque unité, par lots de 5 000 à 20 000.
Trois modes de défaillance qui déterminent les spécifications d'un entraînement de rotation solaire
Lors d'une tempête, le contrôleur ordonne à tous les trackers de se mettre en position de blocage (généralement à plat ou selon un angle de rangement prédéfini). Le système d'orientation doit maintenir cette position face à des vents de 150 km/h ou plus, générant des couples de 15 000 à 50 000 Nm sur l'arbre de sortie. Si la vis sans fin autobloquante ne parvient pas à maintenir la position, le champ de panneaux se met à tourner de manière incontrôlée et le vent frappe les panneaux avec un angle d'attaque élevé, générant des forces susceptibles de tordre le tube de torsion, d'arracher les fixations des panneaux ou de faire basculer l'ensemble du tracker. La résistance au couple de blocage est la spécification la plus critique de la fiche technique du système d'orientation solaire.
En milieu désertique, le sable fin s'infiltre dans le carter par les joints, les évents et les points d'entrée des câbles au fil des décennies d'exposition. Les particules de sable s'accumulent dans la graisse de la vis sans fin et agissent comme un agent de rodage continu sur les surfaces des dents de la vis et de la roue. Sur une période de 15 à 20 ans, cette usure abrasive augmente le jeu et réduit la fiabilité du verrouillage automatique : l'angle de la vis sans fin se modifie à mesure que le profil du filetage s'use, ce qui peut compromettre le verrouillage. Une fois la capacité de verrouillage automatique altérée, la transmission ne peut plus assurer un maintien fiable en cas d'intempéries.
Dans les centrales solaires situées en zones côtières (à moins de 5 km de la mer), en régions tropicales et dans les zones à forte humidité et pollution industrielle, la corrosion du carter d'entraînement de la couronne d'orientation, du palier de la couronne d'orientation et des fixations s'accélère. L'association de l'air salin, de la condensation quotidienne et d'une exposition de 30 ans engendre une corrosion qui peut réduire l'épaisseur des parois du carter de 1 à 2 mm au cours de la durée de vie du projet. La piste de roulement de la couronne d'orientation – la surface d'appui qui supporte le poids du panneau – est particulièrement vulnérable, car toute piqûre de corrosion sur cette piste provoque une fatigue prématurée du palier.
En haut : Atelier d’assemblage avec postes de contrôle qualité. En bas : Système d’orientation série ZR — architecture intégrée roulement + réducteur utilisée dans les systèmes de suivi solaire.
Réducteur planétaire à entraînement par rotation pour systèmes de suivi solaire — Foire aux questions
Korea Ever-Power fournit des réducteurs planétaires pour l'orientation des trackers solaires, produits en grandes séries, avec des étages à vis sans fin autobloquants, des roulements d'orientation intégrés et une protection contre les environnements désertiques, marins et tropicaux. Veuillez nous communiquer la conception de votre tracker et le volume de votre projet pour obtenir un devis et des spécifications.
Éditeur : Cxm
