เหตุใดระบบติดตามแสงอาทิตย์จึงต้องการไดรฟ์หมุน และเหตุใดไดรฟ์จึงเป็นส่วนสำคัญของระบบติดตามแสงอาทิตย์
แผงโซลาร์เซลล์แบบติดตั้งเอียงคงที่หันไปทางทิศใต้ (ในซีกโลกเหนือ) ด้วยมุมคงที่ มันจะรับแสงอาทิตย์ได้สูงสุดเฉพาะเวลาเที่ยงวันเท่านั้น ในช่วงเวลาอื่น ๆ ของวัน มุมตกกระทบระหว่างแสงแดดกับพื้นผิวแผงจะไม่เหมาะสม ทำให้การรับพลังงานลดลง 25 ถึง 401 ตัน เมื่อเทียบกับแผงที่หันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์ตลอดเวลา
ระบบติดตามแสงอาทิตย์จะหมุนแผงโซลาร์เซลล์เพื่อรักษามุมที่เหมาะสมที่สุดตลอดทั้งวัน ชุดเกียร์ดาวเคราะห์ขับเคลื่อนการหมุน ไม่ใช่แค่ส่วนประกอบหนึ่งของระบบติดตามแสงอาทิตย์เท่านั้น แต่ในดีไซน์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ มันคือตัวระบบติดตามแสงอาทิตย์ทั้งหมดเลยก็ว่าได้ ชุดขับหมุนทำหน้าที่พร้อมกันทั้งเป็นตัวรับน้ำหนักโครงสร้าง (รองรับน้ำหนักแผงโซลาร์เซลล์) กลไกการหมุน (หมุนแผง) และตัวล็อคตำแหน่ง (ยึดแผงไว้กับที่ต้านลม) ไม่มีส่วนประกอบอื่นใดในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ที่ทำหน้าที่ทางโครงสร้างและกลไกถึงสามอย่างในหน่วยเดียวได้เช่นนี้
ระบบขับเคลื่อนการหมุนคือตัวติดตามแสงอาทิตย์: มันช่วยรองรับน้ำหนักของแผงโซลาร์เซลล์ หมุนแผง และล็อคเพื่อป้องกันลม ซึ่งเป็นสามฟังก์ชันในหน่วยเดียวที่รวมทุกอย่างไว้ในที่เดียว
แกนเดี่ยวเทียบกับแกนคู่ — สถาปัตยกรรมการติดตามสองแบบ ความต้องการไดรฟ์ที่แตกต่างกันสองแบบ
ระบบติดตามแสงอาทิตย์แบ่งออกเป็นสองประเภท โดยแต่ละประเภทมีความต้องการที่แตกต่างกันสำหรับระบบขับเคลื่อนการหมุน การเข้าใจความแตกต่างนี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเลือกใช้ระบบขับเคลื่อนที่ถูกต้อง เพราะระบบขับเคลื่อนแกนเดียวที่ใช้ในงานสองแกนจะล้มเหลวเนื่องจากภาระการเอียงที่เพิ่มขึ้น และระบบขับเคลื่อนสองแกนที่ใช้ในงานแกนเดียวจะสิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายโดยไม่จำเป็น
| พารามิเตอร์ | ตัวติดตามแกนเดียว | ตัวติดตามแกนคู่ |
|---|---|---|
| แกนการหมุน | 1 (มุมอะซิมุธตะวันออก-ตะวันตก) | 2 (มุมอะซิมุธ + มุมเงย) |
| ผลผลิตพลังงานเทียบกับค่าคงที่ | +25 ถึง 30% | +35 ถึง 45% |
| ระบบขับเคลื่อนแบบหมุนต่อตัวติดตาม | 1 | 2 (แกนละ 1 ตัว) |
| พื้นที่แผงต่อตัวติดตาม | 20 – 120 ตารางเมตร | 4 – 30 ตร.ม. |
| ส่วนแบ่งการตลาด (ด้านสาธารณูปโภค) | 85 – 90% | 10 – 15% |
| แรงบิดเอาต์พุตของไดรฟ์ | 2,000 – 8,000 นิวตันเมตร | 500 – 3,000 นิวตันเมตร |
| แรงบิดหยุดลม | 15,000 – 50,000 นิวตันเมตร | 3,000 – 15,000 นิวตันเมตร |
เหตุใดแรงบิดขณะหยุดนิ่งเนื่องจากลมจึงมากกว่าแรงบิดขณะขับเคลื่อนถึง 3 ถึง 8 เท่า: แรงบิดของมอเตอร์ที่จำเป็นในการหมุนแผงโซลาร์เซลล์ในระหว่างการติดตามดวงอาทิตย์ในสภาวะสงบนั้นไม่มากนัก โดยอยู่ที่ 2,000 ถึง 8,000 นิวตันเมตร สำหรับระบบติดตามแกนเดียว แต่แรงบิดที่จำเป็นในการยึดแผงโซลาร์เซลล์ไว้ในสภาวะพายุ ซึ่งต้องต้านทานแรงลม 150 กิโลเมตรต่อชั่วโมง บนพื้นที่แผง 60 ถึง 120 ตารางเมตร นั้นอยู่ที่ 15,000 ถึง 50,000 นิวตันเมตร ดังนั้นชุดขับเคลื่อนการหมุนต้องได้รับการออกแบบให้เหมาะสมกับสภาวะการยึดนี้ ไม่ใช่สภาวะการติดตามดวงอาทิตย์ ชุดขับเคลื่อนการหมุนสำหรับโซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่ใช้เวลา 99.91 ตันในหนึ่งหน่วยน้ำหนักบรรทุก (TP3T) ของอายุการใช้งานทั้งหมด 69.91 ตัน โดยรับภาระน้อยกว่า 20 ตันในหนึ่งหน่วยน้ำหนักบรรทุก (TP3T) ของกำลังการรับน้ำหนักที่กำหนด และต้องทนทานต่อเหตุการณ์พายุที่มีกำลังการรับน้ำหนัก 0.11 ตันในหนึ่งหน่วยน้ำหนักบรรทุก (TP3T) ที่ 100 ตันในหนึ่งหน่วยน้ำหนักบรรทุก (TP3T)
ระบบติดตามแบบสองแกนใช้มอเตอร์หมุนสองตัว ตัวหนึ่งสำหรับหมุนในแนวนอน (azimuth) และอีกตัวสำหรับหมุนในแนวตั้ง (elevation) ส่วนระบบติดตามแบบแกนเดียวใช้มอเตอร์เพียงตัวเดียวสำหรับการเคลื่อนที่หลักในแนวตะวันออก-ตะวันตก
ระบบล็อคอัตโนมัติ — คุณสมบัติที่ช่วยขจัดปัญหาเรื่องเบรก มอเตอร์ และการใช้พลังงานระหว่างการเคลื่อนไหว
ระบบขับเคลื่อนแบบหมุนในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้ชุดเฟืองดาวเคราะห์แบบเดือยหรือแบบเกลียวที่สามารถหมุนย้อนกลับได้ กล่าวคือ แรงที่กระทำต่อเอาต์พุตสามารถหมุนเฟืองย้อนกลับและขับเคลื่อนมอเตอร์ได้ ซึ่งต้องใช้เบรกเพื่อรักษาระตำแหน่งเมื่อมอเตอร์หยุดทำงาน แต่ระบบขับเคลื่อนแบบหมุนของตัวติดตามแสงอาทิตย์ใช้สถาปัตยกรรมที่แตกต่างออกไป คือ ชุดเฟืองตัวหนอนเป็นชุดป้อนเข้า รวมกับชุดเฟืองดาวเคราะห์เป็นชุดป้อนออก เฟืองตัวหนอนมีคุณสมบัติล็อคตัวเองได้ กล่าวคือ มุมเสียดทานของเกลียวตัวหนอนมีค่ามากกว่ามุมนำ ทำให้เป็นไปไม่ได้ในทางกลศาสตร์ที่แรงกระทำต่อเอาต์พุต (ลมที่พัดแผงโซลาร์เซลล์) จะหมุนย้อนกลับไปยังชุดป้อนเข้า
คุณสมบัติการล็อกตัวเองนี้ช่วยขจัดส่วนประกอบสามอย่าง ได้แก่ เบรกยึด การจ่ายพลังงานให้มอเตอร์อย่างต่อเนื่อง และวงจรป้อนกลับของเซ็นเซอร์ตำแหน่ง ระหว่างการเคลื่อนที่ติดตาม มอเตอร์จะหยุดทำงาน และแผงโซลาร์เซลล์จะถูกยึดไว้ในตำแหน่งด้วยกลไกทางเรขาคณิตของเฟืองตัวหนอน ซึ่งไม่ใช้ไฟฟ้าเลย สำหรับฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 100 เมกะวัตต์ที่มีตัวติดตาม 15,000 ตัว การลดพลังงานจากเบรกและมอเตอร์ยึดนั้น ถือเป็นการลดภาระการใช้พลังงานที่ไม่จำเป็นได้อย่างมีนัยสำคัญ
การแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพ: การล็อกตัวเองของเฟืองตัวหนอนนั้นมีข้อเสียอยู่บ้าง กล่าวคือ ประสิทธิภาพในการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของเฟืองตัวหนอนอยู่ที่ 40 ถึง 651 TP3T ซึ่งต่ำกว่า 94 ถึง 971 TP3T ของเฟืองดาวเคราะห์แบบเดือยมาก แต่ในการติดตามแสงอาทิตย์ ประสิทธิภาพที่ต่ำนี้เป็นที่ยอมรับได้ เพราะภาระในการติดตามนั้นน้อยมาก (มอเตอร์ทำงานเพียง 2 ถึง 5 นาทีต่อชั่วโมง) และพลังงานที่ใช้ไปในระหว่างการติดตามนั้นน้อยกว่า 0.11 TP3T ของพลังงานที่ตัวติดตามผลิตได้ ประโยชน์ของการล็อกตัวเอง — ไม่ต้องใช้พลังงานในการยึด ไม่ต้องใช้เบรก ไม่มีความเสี่ยงที่จะสูญเสียตำแหน่งระหว่างไฟฟ้าดับ — มีค่ามากกว่าการสูญเสียประสิทธิภาพในระหว่างการเคลื่อนที่ติดตามที่แสนสั้น
หลักการทำงานของเฟืองดาวเคราะห์ ระบบขับเคลื่อนหมุนของตัวติดตามแสงอาทิตย์ผสมผสานขั้นตอนป้อนเข้าแบบเฟืองตัวหนอนล็อคตัวเองเข้ากับขั้นตอนส่งออกแบบเฟืองดาวเคราะห์ที่เพิ่มแรงบิด — ผสานความสามารถในการรักษาตำแหน่งเข้ากับแรงบิดเอาต์พุตสูง
ชีวิตในทะเลทราย 30 ปี — ความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมที่กำหนดวิศวกรรมระบบขับเคลื่อนหมุนพลังงานแสงอาทิตย์
โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในทะเลทราย เขตกึ่งแห้งแล้ง หรือพื้นที่ที่มีความเข้มของแสงอาทิตย์สูง ซึ่งเป็นสถานที่เดียวกันกับที่ให้ผลผลิตพลังงานแสงอาทิตย์สูงสุด แต่ก็เป็นสถานที่ที่มีสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดสำหรับอุปกรณ์ทางกล ระบบขับเคลื่อนแบบหมุนต้องทนทานต่อสภาพเหล่านี้ได้นาน 25 ถึง 30 ปีโดยไม่ต้องเปลี่ยนตามกำหนด
ปริมาณและคุณภาพ — เหตุใดพลังงานแสงอาทิตย์จึงกระตุ้นความต้องการ ความสม่ำเสมอในการผลิตในระดับอุตสาหกรรม
โครงการโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 100 เมกะวัตต์หนึ่งแห่งสั่งซื้อไดรฟ์หมุน (slewing drive) จำนวน 10,000 ถึง 20,000 ตัว โดยจัดส่งเป็นล็อตเดียวไปยังไซต์งานแห่งเดียว และติดตั้งภายใน 6 ถึง 12 เดือน หากไดรฟ์เหล่านั้นเสีย 1% ตัวภายใน 5 ปีแรก นั่นหมายถึงต้องเปลี่ยนใหม่ 100 ถึง 200 ตัว ซึ่งแต่ละตัวต้องใช้รถบริการ ช่างเทคนิค เครนหรืออุปกรณ์ยก และแรงงาน 2 ถึง 4 ชั่วโมงต่อไดรฟ์ โดยคิดค่าบริการครั้งละ 500 ถึง 800 ดอลลาร์สหรัฐ บวกกับค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนไดรฟ์ อัตราการเสียก่อนกำหนด 1% ตัว จึงทำให้เสียค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่ไม่ได้วางแผนไว้ 75,000 ถึง 200,000 ดอลลาร์สหรัฐ
นี่คือเหตุผลที่ผู้พัฒนาฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์และผู้รับเหมา EPC ให้ความสำคัญกับความสม่ำเสมอในการผลิตมากกว่าข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสูงสุด ไดรฟ์ที่ผลิตได้ด้วยความสม่ำเสมอของชุดการผลิต 99.9% ที่แรงบิดสูงสุดตามทฤษฎี 90% นั้นมีค่ามากกว่าไดรฟ์ที่ให้แรงบิด 100% แต่มีความแปรปรวนของชุดการผลิต 2% เกาหลี เอเวอร์พาวเวอร์ โรงงานผลิตมีอุปกรณ์ครบครันเพื่อรองรับปริมาณการผลิตและการทดสอบที่โครงการพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ต้องการ
ภาพบน: โรงงานผลิตของ Korea Ever-Power ภาพล่าง: ศูนย์ทดสอบเพื่อตรวจสอบคุณภาพของแต่ละล็อต โครงการพลังงานแสงอาทิตย์จำเป็นต้องทดสอบแรงบิดเอาต์พุต 100% ในทุกหน่วย โดยแต่ละล็อตมีจำนวน 5,000 ถึง 20,000 หน่วย
สามโหมดความล้มเหลวที่กำหนดคุณสมบัติของชุดขับเคลื่อนหมุนสำหรับแผงโซลาร์เซลล์
ในระหว่างเกิดพายุ ตัวควบคุมจะสั่งการให้ตัวติดตามทั้งหมดไปยังตำแหน่งหยุดนิ่งเนื่องจากลมแรง (โดยทั่วไปคือราบเรียบหรือทำมุมจัดเก็บที่กำหนดไว้ล่วงหน้า) กลไกการหมุนต้องรักษาตำแหน่งนี้ไว้ต้านแรงลมที่ความเร็ว 150 กม./ชม. หรือมากกว่านั้น ซึ่งจะสร้างแรงบิด 15,000 ถึง 50,000 นิวตันเมตร บนเพลาส่งออก หากเฟืองตัวหนอนแบบล็อคตัวเองไม่สามารถยึดไว้ได้ แผงโซลาร์เซลล์จะหมุนอย่างควบคุมไม่ได้ และลมจะพัดแผงโซลาร์เซลล์ในมุมปะทะสูง ทำให้เกิดแรงที่อาจทำให้ท่อแรงบิดงอ ตัวยึดแผงฉีกขาด หรือโครงสร้างตัวติดตามทั้งหมดล้มลงได้ ค่าแรงบิดหยุดนิ่งเนื่องจากลมแรงเป็นข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดในเอกสารข้อมูลจำเพาะของกลไกการหมุนโซลาร์เซลล์ทั้งหมด
ในสภาพแวดล้อมแบบทะเลทราย ทรายละเอียดจะแทรกซึมเข้าไปในตัวเรือนผ่านซีล ช่องระบายอากาศ และจุดเข้าของสายเคเบิลตลอดระยะเวลาหลายสิบปี อนุภาคทรายจะสะสมอยู่ในจาระบีของเฟืองตัวหนอนและทำหน้าที่เป็นสารขัดถูอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวฟันเฟืองตัวหนอนและล้อเฟือง ตลอดระยะเวลา 15 ถึง 20 ปี การสึกหรอแบบเสียดสีนี้จะเพิ่มระยะห่างระหว่างฟันเฟืองและลดความน่าเชื่อถือในการล็อคตัวเองลง — มุมของเฟืองตัวหนอนจะเปลี่ยนไปเมื่อโปรไฟล์เกลียวสึกหรอ ซึ่งอาจทำให้สภาพการล็อคเสียหายได้ เมื่อความสามารถในการล็อคตัวเองเสื่อมลง ระบบขับเคลื่อนจะไม่สามารถยึดได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพพายุ
โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในเขตชายฝั่ง (ภายในระยะ 5 กิโลเมตรจากทะเล) เขตร้อน และพื้นที่ที่มีความชื้นสูงและมลพิษทางอุตสาหกรรม จะประสบปัญหาการกัดกร่อนที่รวดเร็วขึ้นในตัวเรือนขับเคลื่อนการหมุน ตลับลูกปืนวงแหวนหมุน และตัวยึด การรวมกันของอากาศที่มีเกลือ การควบแน่นในแต่ละวัน และการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมเป็นเวลา 30 ปี ทำให้เกิดอัตราการกัดกร่อนที่สามารถลดความหนาของผนังตัวเรือนลงได้ 1 ถึง 2 มิลลิเมตรตลอดอายุการใช้งานของโครงการ รางวงแหวนหมุน ซึ่งเป็นพื้นผิวรองรับน้ำหนักของแผงโซลาร์เซลล์นั้นมีความเสี่ยงเป็นพิเศษ เนื่องจากรอยกัดกร่อนใดๆ บนรางจะทำให้เกิดความล้าของตลับลูกปืนก่อนกำหนด
ภาพบน: โรงงานประกอบพร้อมสถานีควบคุมคุณภาพ ภาพล่าง: ชุดขับเคลื่อนหมุน ZR-series — สถาปัตยกรรมชุดตลับลูกปืนและเฟืองแบบบูรณาการที่ใช้ในระบบติดตามแสงอาทิตย์
ชุดเกียร์ดาวเคราะห์สำหรับระบบติดตามแสงอาทิตย์ — คำถามที่พบบ่อย
บริษัท Korea Ever-Power ผลิตเกียร์ทดรอบแบบเฟืองดาวเคราะห์สำหรับขับเคลื่อนแกนหมุนของระบบติดตามแสงอาทิตย์ในปริมาณมากระดับโรงไฟฟ้า โดยมีเฟืองตัวหนอนแบบล็อคตัวเอง ตลับลูกปืนหมุนในตัว และวัสดุป้องกันสภาพแวดล้อมในทะเลทราย ทะเล และเขตร้อน โปรดระบุแบบการออกแบบระบบติดตามแสงอาทิตย์และปริมาณโครงการของคุณเพื่อขอข้อมูลจำเพาะและใบเสนอราคาแบบเป็นชุด
บรรณาธิการ: Cxm
