Twee uitdagingen die de selectie van een zonnevolgsysteem uniek maken.
Aandrijvingen voor zonvolgsystemen vertonen enkele overeenkomsten met standaard servo-positioneringssystemen, maar er zijn twee technische uitdagingen die specifiek zijn voor zonvolgsystemen en die niet voldoende worden afgedekt door standaardmethoden voor de selectie van servo-aandrijvingen. Beide uitdagingen moeten worden begrepen voordat een juiste overbrengingsverhouding of framegrootte kan worden gekozen.
Een zonnepaneel volgt de zon met een snelheid van 0,375°/minuut in azimut, wat overeenkomt met 0,0010 omwentelingen per minuut van de aandrijfas. Zelfs met een reductie van 320:1 zou de motor nog steeds met 0,33 omwentelingen per minuut draaien. Standaard servomotoren verliezen hun stabiliteit in de snelheidsregeling onder de 50 omwentelingen per minuut, waardoor de encoderpulsen te infrequent aankomen om de snelheidsregeling te laten werken. Dit betekent dat de snelheid waarmee de zon wordt gevolgd niet als werkingspunt voor de motor kan worden gebruikt. Een compleet andere rijstrategie is vereist.
Zonneparken zijn doorgaans ontworpen voor een levensduur van 25 jaar met minimaal onderhoud ter plaatse. Een grootschalig zonnepark kan duizenden volgsystemen bevatten, verspreid over een afgelegen locatie in een woestijn, aan de kust of in tropische gebieden. Elk systeem moet bestand zijn tegen: UV-straling die afdichtingen en smeermiddelen aantast; zoutnevel in kustgebieden; temperatuurschommelingen van -25 °C 's nachts tot +90 °C in de zomer; het binnendringen van stof en zand in woestijngebieden; en periodieke regenval met hoge druk in agrarische omgevingen. IP65 en levenslange smering zijn geen opties, maar de minimale vereisten.
Vereisten voor zonnevolgbewegingen — Azimut, elevatie en noodstop
Aandrijvingen voor zonvolgsystemen moeten drie verschillende bewegingsprofielen uitvoeren met zeer uiteenlopende snelheids- en koppelvereisten. De overbrengingsverhouding moet alle drie tegelijkertijd mogelijk maken – daarom bepaalt de snelle herpositioneringssnelheid, en niet de volgsnelheid, de praktische bovengrens van de overbrengingsverhouding.
VOLGEN
De zon draait in ongeveer 8 uur 180° (equatoriale locatie, heldere hemel). Bij de aandrijfas: 0,375°/min = 0,0010 rpm azimut. Zelfs bij een overbrengingsverhouding van i=320:1 zou de motorsnelheid 0,33 rpm bedragen – onder het stabiele servobereik. Technische oplossing: intermitterend bewegen en vasthouden (zie Module 3). Het benodigde koppel is het koppel van de windbelasting gedeeld door de overbrengingsverhouding – typisch een bescheiden motor in het bereik van 100W–400W bij een hoge overbrengingsverhouding.
/ RESET
Bij zonsopgang moet de tracker vanuit de westwaarts gerichte opbergpositie van de vorige dag terug naar de oostwaarts gerichte startpositie bewegen – een azimutomkering van 180°. Bij een output van 1 rpm tot i=200 draait de motor op 200 rpm – ruim binnen het stabiele servobereik. Deze herpositioneringssnelheid bepaalt de bovenste Beperking van de overbrengingsverhouding: bij i=320 met n_fast=2 rpm zou de motor 640 rpm bereiken — nog steeds binnen het bereik. De verhouding moet zo gekozen worden dat bij snelle herpositionering n_motor tussen de 100 en 1500 rpm ligt.
STOW
Wanneer de windsnelheid de overlevingsdrempel overschrijdt (doorgaans 25-30 m/s), geeft de controller opdracht tot noodopbergen: het paneel beweegt zo snel mogelijk naar de horizontale positie (minimale windhoek). IEC 62817 adviseert dat het opbergen binnen 3 minuten voltooid moet zijn voor de meeste trackerontwerpen. Een opbergbeweging van 90° bij i=200 vereist n_out = 90/(3×360) = 0,083 rpm → n_motor = 16,7 rpm — iets te laag, maar voldoende voor positiegestuurd opbergen. Kies een verhouding zodanig dat de opbergbeweging betrouwbaar binnen de tijdslimiet wordt voltooid bij het nominale koppel van de motor.
De intermitterende volgstrategie — Het oplossen van de paradox van de motorsnelheid
De oplossing voor de paradox van de motorsnelheid is eenvoudig zodra deze is gevonden: zonnevolgsystemen hoeven niet te bewegen. continu op volgsnelheid. Ze hoeven het paneel alleen maar binnen de vereiste nauwkeurigheidstolerantie te houden. In plaats van een continue, langzame rotatie voert de aandrijving snelle, kleine correcties uit op herpositioneringssnelheid, afgewisseld met stationaire vasthoudperioden. Tijdens de vasthoudperiode staat de motor stil (servo houdt de positie vast met een snelheidscommando van nul). Tijdens de correctie draait de motor op herpositioneringssnelheid – ruim binnen het stabiele servobereik.
Trackingnauwkeurigheid en energieopbrengst: Het cosinuseffect van onnauwkeurigheid in de tracking vermindert de paneelopbrengst met cos(θ_error). Bij een trackingfout van ±0,5° is het vermogensverlies slechts 0,0038% — voor een 100 kW-installatie die 2920 uur per jaar in bedrijf is, is dit 11 kWh/jaar, wat minder waard is dan $1. Een volgnauwkeurigheid van ±0,5° is meer dan voldoende voor vlakke PV-panelen, zowel vanuit het oogpunt van energieopbrengst als van de specificaties van de transmissie-inrichting. CPV-systemen (geconcentreerde fotovoltaïsche systemen) vormen hierop een uitzondering; ze vereisen een nauwkeurigheid van ±0,1° of beter, omdat hun optische acceptatiehoek veel smaller is.
Windbelastingkoppel — De primaire ontwerpbelasting voor aandrijvingen van zonnevolgsystemen
De belangrijkste koppelbelasting op een zonnevolgsysteem is niet het gewicht van het paneel, maar de winddruk op het paneeloppervlak. In tegenstelling tot de meeste servo-aandrijvingen, waar inertie of wrijving het piekkoppel bepaalt, ondervinden zonnevolgsystemen een constante aerodynamische belasting die zowel het continue nominale koppel als het noodkoppel bepaalt. De windbelasting is evenredig met het kwadraat van de windsnelheid en lineair met het paneeloppervlak, waardoor grote rijen van meerdere panelen aanzienlijk veeleisender zijn dan systemen met één paneel.
De koppelformule: T_wind = 0,5 × ρ_air × v² × A_panel × n_panels × Cd × R_arm, waarbij ρ_air = 1,225 kg/m³, A_panel = 2 m² (400W paneel), Cd = 1,0–1,5 (afhankelijk van de configuratie van de array), R_arm = 0,6 m (afstand van de rotatieas tot het drukpunt van het paneel).
| Trackerconfiguratie | CD | T bij 15 m/s ontwerpwind |
T bij 20 m/s sterke wind |
T bij 25 m/s opbergtrekker |
T bij 30 m/s overleving (opgeborgen) |
Met SF=2,0 Ontwerpkoppel |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Enkel paneel (1×400W) | 1.0 | 165 N·m | 294 N·m | 459 N·m | 662 N·m | 588 N·m bij 20 m/s |
| 2-paneelsrij | 1.0 | 331 N·m | 588 N·m | 919 N·m | 1.323 N·m | 1.176 N·m bij 20 m/s |
| 4-paneels (2×2) ★ typische kleine boerderij | 1.3 | 860 N·m | 1.529 N·m | 2389 N·m | 3.440 N·m | 3.058 N·m bij 20 m/s |
| 10-paneels rij (5×2) weegschaal voor algemeen gebruik | 1.4 | 2315 N·m | 4.116 N·m | 6.431 N·m | 9.261 N·m | 8.232 N·m bij 20 m/s |
| 20-paneels rij (10×2) groot utiliteitsgebouw | 1.5 | 4.961 N·m | 8.820 N·m | 13.781 N·m | 19.845 N·m | 17.640 N·m bij 20 m/s |
Windkoppel T = 0,5 × 1,225 × v² × 2,0 × Cd × n_panelen × 0,6m. Ontwerpkoppel = windkoppel bij 20 m/s × SF=2,0. Voor overlevingsbelasting (opbergcontrole) gebruik T bij 30 m/s — de versnellingsbak moet het paneel stationair houden met de motor uitgeschakeld (wormwieloverbrenging) of met servo-houdkoppel (planetaire overbrenging). Opmerking: ontwerpen met 10 en 20 panelen vereisen meerdere aandrijfeenheden langs de rij — deze waarden gelden per aandrijfeenheid, uitgaande van een gelijke lastverdeling.
Een tracker met 4 panelen (2×2) is de meest voorkomende configuratie voor residentiële en kleine commerciële zonne-energieparken in Korea. Bij een windsnelheid van 20 m/s met een SF=2,0 bedraagt het ontwerpkoppel 3058 N·m, wat hoger is dan het nominale uitgangskoppel van alle Standaard eentraps EP-ZDE- en EP-ZDS-units. Er zijn twee opties beschikbaar: (1) gebruik de EP-ZDS-190 in een drietrapsconfiguratie met een nominaal vermogen van 1800 N·m — voldoet slechts aan het ontwerpkoppel van 59% bij een enkele unit; (2) gebruik twee aandrijfeenheden die de belasting delen, elk met een vermogen van 1529 N·m, wat de EP-ZDS-190 binnen zijn nominale waarde aankan. Voor configuraties met 4 of meer panelen zijn multi-drives of speciale tracker-aandrijvingen met hoog koppel vereist. Korea Ever-Power Application Engineering biedt advies over configuraties met meerdere units voor deze gevallen.
Tegenslag rondom zonvolgsystemen: wat is belangrijk en wat niet?
Speling wordt vaak genoemd als een kritische specificatie voor aandrijvingen van zonvolgsystemen. Bij standaard servopositionering – waarbij de aandrijving regelmatig van richting verandert – creëert speling een dode zone bij elke omkering die de positioneringsnauwkeurigheid direct beïnvloedt. Zonvolging is fundamenteel anders: gedurende de volgdag beweegt de aandrijving slechts in één richting (van oost naar west). Speling, als een verschijnsel dat optreedt bij richtingsomkering, heeft geen invloed op de volgnauwkeurigheid tijdens eenrichtingsbeweging.
Backlash heeft nul effect Wat betreft de nauwkeurigheid van de geleiding: het paneel beweegt continu in één richting – de tandwieloverbrenging wordt altijd op dezelfde tandflank belast. Er is geen dode zone. Een tandwielkast met 25 boogminuten speling volgt de geleiding net zo nauwkeurig als een met 3 boogminuten, ervan uitgaande dat de aandrijving door wind wordt belast.
Wanneer de aandrijving bij zonsopgang van west naar oost draait om de draairichting te resetten, moet de dode zone voor speling worden doorlopen voordat de uitgaande as begint te bewegen. Bij een volgsnelheid (0,375°/min) duurt het ongeveer 21 seconden om 8 boogminuten (0,133°) speling te overbruggen. Voor standaard vlakke PV-panelen is dit verwaarloosbaar. Voor CPV-systemen die een nauwkeurigheid van ±0,1° vereisen, kan zelfs 8 boogminuten = 0,133° tijdens het omkeren kortstondig de tolerantie overschrijden.
| Terugslagspecificatie | Dead Band bij Reversal | Tijd om te reizen op volgsnelheid |
Tijdens het volgen | Geschikt voor |
|---|---|---|---|---|
| <8 boogminuten (ZDE/ZDS) | 0,133° | ~21 sec | Geen effect ✅ | Alle vlakke PV-panelen, CPV met dageraadcompensatie |
| <12 boogminuten (2-traps) | 0,200° | ~32 sec | Geen effect ✅ | Alle toepassingen van platte PV-panelen |
| <25 boogminuten (ZDWE/ZDWF) | 0,417° | ~67 sec | Geen effect ✅ | Alleen geschikt voor platte schermen; te breed voor CPV-tracking. |
Implicatie van de specificatie: Voor standaard zonnepanelenparken is speling geen doorslaggevend selectiecriterium, behalve om een minimaal kwaliteitsniveau te garanderen. De standaard EP-ZDE/ZDS (<8 boogminuten) of zelfs een goedkopere unit met <25 boogminuten is technisch gezien voldoende vanuit het oogpunt van volgnauwkeurigheid. De specificatiecriteria die er echt toe doen voor zonnevolgsystemen zijn: (1) windbelasting koppelcapaciteit, (2) IP65 voor buitengebruik gedurende de levensduur, (3) overbrengingsverhouding voor servostabiliteit tijdens herpositionering, En (4) temperatuurbereik voor het implementatieklimaatDe speling is een secundaire parameter — geef <8 boogminuten op voor kwaliteitsborging, niet omdat dit de beperkende factor voor de nauwkeurigheid is.
Vereisten voor buitengebruik — IP-classificatie en temperatuur per implementatiezone
De omgeving waarin een zonvolgsysteem wordt geïnstalleerd, bepaalt de minimale IP-classificatie en materiaaleisen voor de aandrijfversnellingsbak. Zonne-energieparken bevinden zich in vrijwel alle klimaatzones – van Koreaanse kustgebieden met zoutnevel tot woestijninstallaties met extreme UV-straling en stof, en tropische installaties met hoge luchtvochtigheid en frequente regenval. De ontwerplevensduur van 25 jaar (IEC 62446) betekent dat geen enkel onderdeel in de beginfase van het ontwerp als "te duur om correct te specificeren" mag worden beschouwd.
EP-serie selectie voor vier configuraties van zonvolgsystemen
De vier belangrijkste configuraties van zonvolgsystemen die in Koreaanse en Aziatische zonne-energie-installaties worden gebruikt, hebben elk hun eigen aandrijfvereisten. Deze worden bepaald door het aantal panelen (windbelasting), de vereiste nauwkeurigheid van de tracking (vlakke PV versus gecombineerde PV-panelen), het aantal assen (enkelvoudig versus dubbel) en de schaal van de implementatie (van residentieel tot grootschalig).
T_design ≤ 600 N·m (1 paneel bij 20 m/s, SF=2,0)
n_output_fast ≤ 2 rpm
Nauwkeurigheid: ±0,5° voldoende
IP54 (binnenland) of IP65 (kust)
T_motor = 588/(200×0,90) = 3,3 Nm
→ 400–750W servomotor
i=200: n_motor@2rpm = 400rpm ✅
→ i=160–200 aanbevolen
EP-ZDE-160, 160:1 (IP54)
of EP-ZDS-115, 160:1 (IP65, kustgebied)
T_plafond: 450/210 N·m ✅ versus 588 Nm ontwerp
T_design 1.176–3.058 N·m (SF=2,0 @ 20m/s)
IP65 aanbevolen (buitengebruik gedurende 25 jaar)
n_output_fast ≤ 1,5 rpm
Nauwkeurigheid: ±0,5° voldoende
2-paneel: T_design=1.176 Nm → EP-ZDS-142 ✅
4-paneels: T_design=3.058 Nm → 2× aandrijvingen
i=160–200, [email protected]=240–300rpm ✅
2-paneels: EP-ZDS-142, 160:1, IP65
4-paneel: 2× EP-ZDS-142 gedeelde belasting
of 1× EP-ZDS-190 (plafonddruk van 1.800 Nm, 3-traps)
Azimut- en elevatieassen (2 aandrijvingen)
Volgnauwkeurigheid: ±0,1° (optische acceptatie CPV)
Correctie elke 16 seconden
IP65 verplicht (buitengebruik, waardevol object)
T: 200–800 N·m per as bij ontwerpwind
Azimuth i=200–256 (motor stabiel bij 200–256 tpm snel)
Hoogte i=120–160 (lager snelheidsbereik)
BL <8 boogminuten → CPV-omkering OK met regelaarcompensatie
Azimut: EP-ZDS-115/142, 200:1, IP65
Hoogte: EP-ZDS-115, 120:1, rechte hoek (ZDWF)
Beide: BL <8 boogminuten, FKM-afdichtingen voor buitengebruik
Zeer hoog koppel: 500–1.800 N·m per aandrijfeenheid
Alleen azimut (daltrails oost-west dagelijks)
Risico op oververhitting van de woning: in de buurt van een hete trog kunnen temperaturen boven de +90°C komen.
IP65 is essentieel; FKM-afdichtingen zijn verplicht.
Controleer de thermische isolatie van de collectorconstructie.
Ontwerpkoppel: 500–1800 Nm
EP-ZDS-142 plafond: 910 Nm ✅ (medium CSP)
EP-ZDS-190 plafond: 1.800 Nm ✅ (grote CSP)
Verhouding: 100–160:1 (hogere uitvoersnelheid vereist)
Gemiddelde CSP: EP-ZDS-142, 120:1, IP65, FKM
Grote CSP: EP-ZDS-190, 100:1, IP65, FKM
⚠ Controleer of de temperatuur in de behuizing in de buurt van de collector ≤ 90 °C is.
Specificatiechecklist voor zonnevolgsystemen: zes parameters vóór bestelling
Bereken T_wind bij de ontwerpwindsnelheid (doorgaans 20 m/s voor bedrijf, 30 m/s voor overleving). Pas SF=2,0 toe. Bepaal het aantal panelen per aandrijfeenheid. Gebruik de windkoppeltabel in Module 4 om T_design te vinden. Controleer dit aan de hand van het maximale uitgangskoppel van de EP-serie voor het geselecteerde frame en de gekozen verhouding.
Stel i zo in dat n_motor bij snelle herpositionering (1–2 rpm output) 100–600 rpm oplevert. Controleer of n_motor bij maximale herpositionering ≤ 3000 rpm is. Gebruik een intermitterende volgstrategie — probeer de motor niet continu op volgsnelheid te laten draaien. Aanbevolen bereik: i=120–256 voor de meeste zonnevolgsystemen. Zie de gids met hoge verhouding voor een gedetailleerde analyse.
IP54 is het minimum voor gematigde binnenlandse gebieden (standaard Koreaanse binnenlandse locatie). IP65 is verplicht voor kustgebieden, woestijnen, tropische gebieden en agrarische locaties. Specificeer FKM-afdichtingen voor alle buiteninstallaties — standaard NBR-afdichtingen degraderen onder invloed van UV-straling en ozon. IP65 = alleen EP-ZDS-serie.
Controleer of de temperatuur in de behuizing ≤ +90 °C is. In direct zonlicht met slechte ventilatie kunnen donkergekleurde versnellingsbakbehuizingen in de woestijn in de zomer temperaturen van 85-90 °C bereiken. Voor CSP/trogsystemen is thermische isolatie van de hete collectorstructuur essentieel. De EP-serie is geschikt voor temperaturen tot -25 °C minimaal; voor koudere klimaten dient het koudstartprotocol te worden gespecificeerd.
Voor vlakke PV-panelen: een tolerantie van ±0,5° is voldoende; een speling tot 25 boogminuten is acceptabel vanuit het oogpunt van volgnauwkeurigheid. Voor CPV: ±0,1° of beter; specificeer <8 boogminuten en implementeer compensatie voor de speling in de controller bij het omkeren van de zonsopgang. De nauwkeurigheid tijdens het volgen (unidirectioneel) wordt voor beide typen niet beperkt door speling.
De afgedichte smeerolie van de EP-serie heeft een levensduur van L10 = 20.000 uur, wat neerkomt op ongeveer 7 jaar bij een bedrijfstijd van 2.920 uur per jaar. Voor een zonnepark met een verwachte levensduur van 25 jaar moet rekening worden gehouden met twee vervangingen van de tandwielkast (in jaar 7 en jaar 14). Neem de vervangingskosten mee in de LCOE-berekening. Het aanhouden van een grote voorraad reserveonderdelen verlaagt de vervangingskosten per eenheid; controleer de beschikbaarheid bij de Koreaanse distributeur voordat grote zonneparken in gebruik worden genomen.
Korea Ever-Power levert specificaties voor de aandrijving van zonnevolgsystemen, waaronder de berekening van het windbelastingskoppel voor uw specifieke paneelconfiguratie, een aanbeveling voor de overbrengingsverhouding voor een stabiele servowerking, een beoordeling van de IP-classificatie per implementatiezone en een verificatie van de behuizingstemperatuur. Geef het aantal panelen, het ontwerpwindpunt, de implementatielocatie en het type volgsysteem (enkel-/dubbelassig, PV/CPV) op voor een complete aanbeveling voor de EP-serie.
Redacteur: Cxm
