Two Challenges That Make Solar Tracker Drive Selection Unique
Solar tracker drives share some characteristics with standard servo positioning applications — but two engineering challenges are specific to solar tracking and are not covered adequately by standard servo drive selection methodology. Both must be understood before any ratio or frame size selection can be made correctly.
A solar panel tracks the sun at 0.375°/minute in azimuth — equivalent to 0.0010 rpm of the drive output shaft. Even through a 320:1 reduction, the motor would run at 0.33 rpm. Standard servo motors lose velocity control stability below approximately 50 rpm — entering a regime where encoder pulses arrive too infrequently for the velocity loop to operate. This means solar tracking speed itself cannot be used as the motor operating point. A completely different drive strategy is required.
Solar farms are typically designed for 25-year operating life with minimal on-site maintenance. A utility-scale solar park may have thousands of tracker drive units spread across a remote site in desert, coastal, or tropical conditions. Each unit must survive: UV radiation degrading seals and lubricant; salt spray in coastal installations; temperature cycles from −25°C night-time to +90°C summer housing temperature; dust and sand ingress in desert sites; and periodic rain-driven pressure washing in agricultural environments. IP65 and sealed-for-life lubrication are not optional — they are the minimum viable specification.
Solar Tracking Motion Requirements — Azimuth, Elevation, and Emergency Stow
Solar tracker drives must execute three distinct motion profiles with very different speed and torque requirements. The gear ratio must accommodate all three simultaneously — which is why the fast repositioning speed, not the tracking speed, determines the practical upper limit on gear ratio.
TRACKING
The sun traverses 180° in approximately 8 hours (equatorial location, clear sky). At the drive output shaft: 0.375°/min = 0.0010 rpm azimuth. Even through i=320:1, the motor speed would be 0.33 rpm — below stable servo range. Engineering solution: intermittent move-and-hold (see Module 3). The torque requirement is wind load torque divided by ratio — typically a modest motor in the 100W–400W range at high ratio.
/ RESET
At dawn, the tracker must move from the previous day’s west-facing stow position back to east-facing start — a 180° azimuth reversal. At 1 rpm output through i=200, the motor runs at 200 rpm — well within stable servo range. This repositioning speed sets the upper limit on gear ratio: at i=320 with n_fast=2 rpm, the motor would reach 640 rpm — still within range. The ratio should be selected such that fast repositioning gives n_motor between 100 and 1,500 rpm.
STOW
When wind speed exceeds the survival threshold (typically 25–30 m/s), the controller commands emergency stow: panel moves to horizontal (minimum wind area) as fast as possible. IEC 62817 recommends stow completion within 3 minutes for most tracker designs. A 90° stow travel at i=200 requires n_out = 90/(3×360) = 0.083 rpm → n_motor = 16.7 rpm — slightly low but adequate for position-controlled stow. Select ratio such that stow motion completes reliably within the time budget at the motor’s rated torque.
The Intermittent Tracking Strategy — Resolving the Motor Speed Paradox
The solution to the motor speed paradox is straightforward once identified: solar trackers do not need to move continuously at tracking speed. They only need to maintain the panel within the required tracking accuracy tolerance. Instead of continuous slow rotation, the drive executes rapid small corrections at repositioning speed, separated by stationary hold periods. During the hold period, the motor is stopped (servo holding position with zero velocity command). During the correction, the motor runs at repositioning speed — well within stable servo range.
Tracking accuracy and energy yield: The cosine effect of tracking inaccuracy reduces panel output by cos(θ_error). At ±0.5° tracking error, the power loss is only 0.0038% — for a 100kW array operating 2,920 hours per year, this is 11 kWh/year, worth less than $1. Tracking accuracy to ±0.5° is more than adequate for flat-panel PV from both an energy yield and gearbox specification perspective. CPV (concentrated photovoltaic) systems are the exception — they require ±0.1° or better because their optical acceptance angle is much narrower.
Wind Load Torque — The Primary Design Load for Solar Tracker Drives
The dominant torque load on a solar tracker drive is not the panel weight — it is wind pressure on the panel surface. Unlike most servo applications where inertia or friction defines the peak torque, solar trackers experience sustained aerodynamic loading that determines both the continuous rated torque and the emergency stow torque. Wind loading scales with the square of wind speed and linearly with panel area, making large multi-panel rows significantly more demanding than single-panel units.
The torque formula: T_wind = 0.5 × ρ_air × v² × A_panel × n_panels × Cd × R_arm, where ρ_air = 1.225 kg/m³, A_panel = 2 m² (400W panel), Cd = 1.0–1.5 (depends on array configuration), R_arm = 0.6 m (distance from rotation axis to panel centre of pressure).
| Tracker Configuration | Cd | T @ 15 m/s design wind |
T @ 20 m/s strong wind |
T @ 25 m/s stow trigger |
T @ 30 m/s survival (stowed) |
With SF=2.0 Design torque |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Single panel (1×400W) | 1.0 | 165 N·m | 294 N·m | 459 N·m | 662 N·m | 588 N·m @ 20m/s |
| 2-panel row | 1.0 | 331 N·m | 588 N·m | 919 N·m | 1,323 N·m | 1,176 N·m @ 20m/s |
| 4-panel (2×2) ★ typical small farm | 1.3 | 860 N·m | 1,529 N·m | 2,389 N·m | 3,440 N·m | 3,058 N·m @ 20m/s |
| 10-panel row (5×2) utility scale | 1.4 | 2,315 N·m | 4,116 N·m | 6,431 N·m | 9,261 N·m | 8,232 N·m @ 20m/s |
| 20-panel row (10×2) large utility | 1.5 | 4,961 N·m | 8,820 N·m | 13,781 N·m | 19,845 N·m | 17,640 N·m @ 20m/s |
Wind torque T = 0.5 × 1.225 × v² × 2.0 × Cd × n_panels × 0.6m. Design torque = wind torque at 20 m/s × SF=2.0. For survival load (stow check), use T at 30 m/s — gearbox must hold panel stationary with motor de-energised (worm gear) or with servo holding torque (planetary). Note: 10-panel and 20-panel row designs require multiple drive units along the row — these figures are per drive unit assuming equal load sharing.
A 4-panel (2×2) tracker is the most common residential and small commercial solar farm configuration in Korea. At 20 m/s wind with SF=2.0, the design torque is 3,058 N·m — which exceeds the rated output torque of all standard single-stage EP-ZDE and EP-ZDS units. Two options are available: (1) use EP-ZDS-190 at 3-stage with rated output 1,800 N·m — only meets 59% of design torque at single unit; (2) use two drive units sharing the load, each carrying 1,529 N·m, which EP-ZDS-190 handles within its rating. For 4+ panel configurations, multi-drive or dedicated high-torque tracker drives are required. Korea Ever-Power application engineering provides multi-unit configuration guidance for these cases.
Backlash in Solar Tracking — What Matters and What Does Not
Backlash is frequently cited as a critical specification for solar tracker drives. In standard servo positioning — where the drive reverses direction frequently — backlash creates a dead band at each reversal that directly affects positioning accuracy. Solar tracking is fundamentally different: during the tracking day, the drive moves in only one direction (east to west). Backlash, being a direction-reversal phenomenon, has no effect on tracking accuracy during unidirectional motion.
Реакция нулевой эффект Что касается точности отслеживания. Панель непрерывно перемещается в одном направлении — зацепление зубьев всегда происходит на одной и той же боковой поверхности зуба. Мертвая зона отсутствует. Редуктор с люфтом в 25 угловых минут отслеживает движение с той же точностью, что и редуктор с люфтом в 3 угловые минуты, при условии, что привод находится под нагрузкой от ветра.
Когда привод меняет направление на летнее/зимнее для переориентации с запада на восток, необходимо преодолеть зону нечувствительности к люфту, прежде чем выходной вал начнет вращаться. При скорости слежения (0,375°/мин) преодоление люфта в 8 угловых минут (0,133°) занимает приблизительно 21 секунду. Для стандартных плоских фотоэлектрических панелей это незначительно. Для систем централизованного фотоэлектрического освещения, требующих точности ±0,1°, даже 8 угловых минут = 0,133° могут кратковременно превышать допустимый предел во время реверсирования.
| Спецификация люфта | Dead Band at Reversal | Время отправиться в путь на скорости слежения |
Во время отслеживания | Подходит для |
|---|---|---|---|---|
| <8 угловых минут (ZDE/ZDS) | 0,133° | ~21 сек | Нет эффекта ✅ | Все плоские фотоэлектрические панели, композитные фотоэлектрические панели с компенсацией теплового излучения на рассвете. |
| <12 угловых минут (2 этапа) | 0,200° | ~32 сек | Нет эффекта ✅ | Все виды применения плоских фотоэлектрических панелей |
| <25 угловых минут (ZDWE/ZDWF) | 0,417° | ~67 сек | Нет эффекта ✅ | Только плоский экран; слишком широкий для отслеживания CPV. |
Последствия для спецификации: Для стандартных солнечных электростанций с плоскими панелями люфт не является значимым критерием выбора, за исключением обеспечения минимального уровня качества. Стандартный EP-ZDE/ZDS (<8 угловых минут) или даже более дешевый блок с <25 угловых минут технически достаточен с точки зрения точности слежения. Критерии спецификации, которые действительно важны для приводов солнечных трекеров, следующие: (1) крутящий момент ветровой нагрузки, (2) Степень защиты IP65 для использования на открытом воздухе, (3) передаточное число для обеспечения устойчивости сервопривода при изменении положения, и (4) температурный диапазон для условий развертыванияЛюфт является второстепенным параметром — укажите значение <8 угловых минут для обеспечения качества, а не потому, что это ограничивающий критерий точности.
Требования к условиям эксплуатации на открытом воздухе — степень защиты IP и температурный режим в зависимости от зоны установки.
Условия эксплуатации системы слежения за солнцем определяют минимальный класс защиты IP и требования к материалам приводного редуктора. Солнечные электростанции расположены практически во всех климатических зонах — от прибрежных районов Кореи с солеными брызгами до пустынных установок с экстремальным ультрафиолетовым излучением и пылью, а также тропических установок с высокой влажностью и частыми дождями. Требование к сроку службы в 25 лет (IEC 62446) означает, что ни один компонент не может считаться «слишком дорогим для правильного выбора» на начальном этапе проектирования.
Выбор серии EP для четырех конфигураций солнечных трекеров
Четыре основные конфигурации солнечных трекеров, используемые в солнечных электростанциях Кореи и Азии, имеют различные требования к приводу, определяемые количеством панелей (ветровая нагрузка), требованиями к точности слежения (плоские фотоэлектрические системы против централизованных фотоэлектрических систем), количеством осей (одна или две) и масштабом развертывания (от жилых домов до электросетей).
T_design ≤ 600 Н·м (1 панель при 20 м/с, SF=2,0)
n_output_fast ≤ 2 об/мин
Точность слежения: ±0,5° — достаточная.
IP54 (внутри страны) или IP65 (на побережье)
T_мотор = 588/(200×0,90) = 3,3 Нм
→ Сервомотор мощностью 400–750 Вт
i=200: n_motor@2rpm = 400rpm ✅
→ i=160–200 рекомендуется
EP-ZDE-160, 160:1 (IP54)
или EP-ZDS-115, 160:1 (IP65, прибрежный)
T_ceiling: 450/210 Н·м ✅ против расчетного значения 588 Н·м
Расчетная температура 1176–3058 Н·м (SF=2,0 при 20 м/с)
Рекомендуется степень защиты IP65 (для использования на открытом воздухе — 25 лет).
n_output_fast ≤ 1,5 об/мин
Точность слежения: ±0,5° — достаточная.
2-панельная: T_design=1,176Нм → EP-ZDS-142 ✅
4-панельная система: T_design=3058 Нм → 2 привода
i=160–200, [email protected]=240–300rpm ✅
2-панельная: EP-ZDS-142, 160:1, IP65
4-панельная система: 2× EP-ZDS-142, распределяющие нагрузку.
или 1× EP-ZDS-190 (максимальный крутящий момент 1800 Нм, 3 ступени)
Азимутальная и вертикальная оси (2 привода)
Точность слежения: ±0,1° (оптический прием CPV)
Коррекция каждые 16 секунд
Обязательный уровень защиты IP65 (для использования на открытом воздухе, в помещениях с высокой ценностью).
T: 200–800 Н·м на ось при расчетной скорости ветра
Азимут i=200–256 (двигатель стабилен при 200–256 об/мин на высоких оборотах)
Высота i=120–160 (нижний диапазон скоростей)
BL <8 угловых минут → Реверсирование CPV допустимо с компенсацией контроллера
Азимут: ЭП-ЗДС-115/142, 200:1, IP65
Вид сбоку: EP-ZDS-115, 120:1, прямой угол (ZDWF)
Оба варианта: BL <8 угловых минут, уплотнения из FKM для наружного применения.
Очень высокий крутящий момент: 500–1800 Н·м на один приводной агрегат.
Только азимутальный режим (ежедневно отслеживаются траектории движения в направлении восток-запад).
Риск, связанный с температурой в помещении: близость к горячей емкости может превышать +90°C.
Степень защиты IP65 обязательна; уплотнения из FKM обязательны.
Проверьте теплоизоляцию от конструкции коллектора.
Расчетный крутящий момент: 500–1800 Нм
Потолок EP-ZDS-142: 910 Нм ✅ (средняя CSP)
Потолок EP-ZDS-190: 1800 Нм ✅ (большая CSP)
Соотношение: 100–160:1 (требуется более высокая скорость вращения).
Средний уровень CSP: EP-ZDS-142, 120:1, IP65, FKM
Большой CSP: EP-ZDS-190, 100:1, IP65, FKM
⚠ Убедитесь, что температура корпуса не превышает 90°C вблизи коллектора.
Контрольный список технических характеристик солнечного трекера — шесть параметров перед заказом
Рассчитайте T_wind при расчетной скорости ветра (обычно 20 м/с для работы, 30 м/с для выживания). Примените SF=2,0. Определите количество панелей на один приводной блок. Используйте таблицу ветровых моментов в модуле 4 для определения T_design. Сравните с предельным значением выходного крутящего момента серии EP для выбранной рамы и передаточного отношения.
Установите i таким образом, чтобы n_motor при быстром перепозиционировании (выходная скорость 1–2 об/мин) обеспечивал 100–600 об/мин. Проверьте n_motor при максимальном перепозиционировании ≤ 3000 об/мин. Используйте стратегию прерывистого слежения — не пытайтесь постоянно запускать двигатель на скорости слежения. Рекомендуемый диапазон: i=120–256 для большинства конфигураций солнечных трекеров. См. направляющая с высоким передаточным отношением для подробного анализа.
Минимальный уровень защиты IP54 для умеренных внутренних районов (стандартный корейский внутренний климат). Обязателен уровень защиты IP65 для прибрежных, пустынных, тропических и сельскохозяйственных районов. Для наружной установки следует использовать уплотнения из FKM — стандартный NBR разрушается под воздействием УФ-излучения и озона. IP65 = только для серии EP-ZDS.
Убедитесь, что температура корпуса не превышает +90°C. В условиях прямого солнечного света и плохой вентиляции температура корпусов редукторов темного цвета в пустыне летом может достигать 85–90°C. Для систем CSP/ламповых солнечных коллекторов необходима теплоизоляция от горячей конструкции коллектора. Серия EP рассчитана на температуру не менее −25°C; для более холодного климата необходимо указать протокол холодного пуска.
Для плоских фотоэлектрических панелей: допустимый допуск ±0,5°; люфт до 25 угловых минут приемлем с точки зрения точности слежения. Для центробежных фотоэлектрических панелей: ±0,1° или лучше; необходимо указать <8 угловых минут и реализовать компенсацию люфта контроллера при изменении направления вращения на рассвете. Точность при слежении (однонаправленное) не ограничена люфтом ни для одного из типов панелей.
Герметичная смазка серии EP имеет ресурс L10 = 20 000 часов ≈ 7 лет при 2920 часах работы в год. Для расчетного срока службы солнечной электростанции в 25 лет следует предусмотреть две замены редуктора (на 7-м и 14-м году). Стоимость замены необходимо включить в расчет LCOE. Наличие запасных частей на складе снижает стоимость замены одной единицы; перед вводом в эксплуатацию крупных солнечных электростанций необходимо подтвердить наличие запасных частей у корейского дистрибьютора.
Компания Korea Ever-Power предоставляет технические характеристики привода солнечного трекера, включая расчет крутящего момента при ветровой нагрузке для вашей конкретной конфигурации панелей, рекомендации по передаточному отношению для стабильной работы сервопривода, оценку степени защиты IP в зависимости от зоны установки и проверку температуры корпуса. Для получения полной рекомендации по серии EP укажите количество панелей, расчетную скорость ветра, место установки и тип трекера (одноосевой/двухосевой, фотоэлектрический/компактный фотоэлектрический).
Редактор: Cxm
