Závitovkový prevod pre systémy sledovania slnečného žiarenia – špecifikácia 25-ročnej spoľahlivosti

Ekonomika, vďaka ktorej je spoľahlivosť pohonu nevyjednateľná

Jednoosý horizontálny sledovač na projekte solárnej elektrárne s výkonom 100 MW zlepšuje energetický výnos približne o 231 TP3T v porovnaní s poľom s pevným sklonom na rovnakej zemepisnej šírke lokality. Na lokalite s výkonom 100 MW v Južnej Kórei s kapacitným faktorom 151 TP3T to znamená zhruba 3,45 milióna kWh ročne navyše. Pri cene PPA 0,09 USD/kWh to predstavuje približne 310 000 USD ročne dodatočných príjmov – čo je v prvom rade finančné odôvodnenie pre výber sledovačov namiesto elektrární s pevným sklonom.

Teraz si predstavte výmenu prevodovky v 8. roku na lokalite s 1 000 pohonmi. Mobilizácia poľa, prenájom zariadenia a 1 000 náhradných pohonov v cene 280 USD za kus stoja približne 560 000 USD na diely a prácu. Výmena tiež vyradí dotknuté riadky sledovacích zariadení z prevádzky na odhadovaných 7 dní v priemere v rámci celého vozového parku, čo predstavuje stratu výroby približne 60 000 USD. Celkové náklady na udalosť – 620 000 USD – sa rovnajú dvom celým rokom výhody zlepšenia výnosu. Výpočet internej miery návratnosti projektu predpokladal, že počas 25 rokov nedošlo k žiadnym väčším výmenám pohonov. Jedna udalosť v 8. roku už spotrebovala 81 TP3T z celkovej výhody výnosu počas životného cyklu.

Preto špecifikácia závitovkový prevod Súprava ozubených kolies v pohone solárneho sledovača je investičné rozhodnutie, nie rozhodnutie o kúpe. Najlacnejšia súprava ozubených kolies, ktorá sa hodí k adaptéru motora a rozhraniu výstupného hriadeľa, nie je správna odpoveď. Správna odpoveď je súprava ozubených kolies, ktorá bude v 25. roku stále fungovať v rámci špecifikácie – a spoločnosť Korea Ever-Power navrhuje svoje závitovkové prevody solárneho sledovača konkrétne okolo tejto požiadavky.

Tri mechanizmy, ktoré predčasne zabíjajú pohony solárnych sledovačov

Mechanizmus 1 – Korózia závitovkového hriadeľa v morskom a priemyselnom prostredí

Pozinkovaný závitovkový hriadeľ z uhlíkovej ocele v pobrežnom atmosférickom prostredí prechádza sekvenciou porúch, ktorá je dobre zdokumentovaná v priemyselných inštaláciách na mori a na pobreží, ale často podceňovaná v špecifikáciách solárnych projektov. Chloridové ióny v morskom vzduchu prenikajú do zinkového povlaku v miestach diskontinuity povlaku – škrabance, praskanie v dôsledku napätia v koreňovej časti závitu v dôsledku tepelných cyklov a pórovitosť v elektrolyticky nanesenej zinkovej vrstve. Keď chlorid dosiahne oceľový substrát, začne sa jamková korózia a postupuje rýchlosťou 4 až 8-krát rýchlejšou, ako dokáže potlačiť galvanická ochrana zvyškového zinku. V miernom pobrežnom kórejskom prostredí (3 – 5 km od mora) sa na pozinkovanom závitovkovom hriadeli z uhlíkovej ocele môžu v priebehu 5 až 7 rokov vyvinúť jamky v oblasti korózie cez stenu v koreňovej časti závitu. Prvým viditeľným príznakom je zvyčajne hlučná prevádzka spôsobená hrubým závitom; funkčnou poruchou je rýchly nárast vôle, po ktorom nasleduje úplná strata samosvornosti, keď jamky vytvárajú koncentrácie povrchového napätia, ktoré umožňujú deformáciu závitu pod zaťažením vetrom.

Mechanizmus 2 – Tepelný rozklad tuku pri dennom cyklovaní teploty

Telesá prevodoviek so solárnym sledovačom v púštnom a kontinentálnom podnebí prechádzajú dennými teplotnými cyklami, ktorým minerálne mazivo nebolo určené na to, aby odolalo. Utesnená prevodovka na priamom slnku v lete dosiahne do poludnia vnútornú teplotu 75 – 85 °C – čo je poháňané absorbovaným slnečným žiarením na povrchu telesa, nielen trením v zábere ozubených kolies. Pri týchto teplotách základný olej z minerálneho maziva uniká zo zahusťovadla merateľnou rýchlosťou. Oddelený olej migruje vplyvom gravitácie do najnižšieho bodu telesa. Povrchy ozubených kolies nad olejovou nádržou postupne bežia iba so suchými zvyškami zahusťovadla ako mazivom. Keď na jeseň klesnú teploty okolia a proces sa obráti, povrchy zubov nahromadili únavové poškodenie z období chodu nasucho. Počas 5 až 8 rokov denného tepelného cyklovania tento mechanizmus spôsobuje progresívne adhézne opotrebovanie bronzových zubov kolesa. Konečným stavom je pohon, ktorý stratil 40 – 601 TP3T svojho menovitého krútiaceho momentu v dôsledku degradácie profilu zubov.

Mechanizmus 3 – Akumulácia spätnej väzby a strata presnosti sledovania

Vôľa v závitovkovom prevode predstavuje uhlovú mŕtvu zónu, keď os zmení smer. V novom sledovacom pohone nastavenom na vôľu 0,05 mm na rozstupovej kružnici závitovkového kolesa je táto mŕtva zóna približne 0,05 ÷ 60 mm = 0,00083 radiánov = 2,9 oblúkových minút. Keďže sa zuby kolesa z cínovo-bronzového materiálu opotrebúvajú pri 9 000 denných cykloch sledovania počas 25 rokov, vôľa sa zvyšuje odhadom o 0,015 – 0,030 mm za rok v závislosti od úrovne kontaktného napätia a stavu mazania. Do 6. až 8. roku prevádzky bez nastavenia môže vôľa dosiahnuť 0,15 – 0,20 mm, čo zodpovedá 8,6 až 11,5 oblúkovým minútam mŕtvej zóny sledovania. Panel, ktorý je počas špičkového ožiarenia vychýlený o 0,15 stupňa mimo dráhy, stráca približne 0,41 TP3T denného výnosu. Počas 10 rokov prevádzky pri tejto odchýlke môže kumulatívna strata energie prekročiť 1,51 TP3T z celkovej výroby energie počas celej životnosti projektu – merateľná v pomere energetickej účinnosti projektu a potenciálne viesť k diskusiám o záruke výkonu s vlastníkom projektu.

Rozsah špecifikácií — Závitovkový prevod so sledovačom slnečnej energie

Samosvorenie pri teplotných extrémoch – prečo sú predpoklady nebezpečné

Podmienka samosvornosti pre závitovkový pohon je splnená, keď je uhol stúpania závitovky (λ) menší ako efektívny uhol trenia (ρ') v mieste záberu. Efektívny uhol trenia je definovaný ako arctan(μ / cos(α)), kde μ je koeficient trenia v mieste kontaktu zubov a α je uhol tlaku. Pre štandardný závitovkový pohon s 20-stupňovým uhlom tlaku: ρ' = arctan(μ / 0,940).

Kritickým bodom, ktorý väčšina špecifikácií solárnych sledovačov prehliada, je, že μ nie je konštanta – mení sa s viskozitou maziva, ktorá sa mení s teplotou. Syntetické mazivo PAO NLGI 2 pri teplote 20 °C môže mať μ = 0,07 na kontakte s bronzovou sieťkou, čo vedie k hodnote ρ' = 4,3 stupňa. Rovnaké mazivo pri teplote krytu 80 °C má nižšiu viskozitu, nižšiu pevnosť filmu a μ môže klesnúť na 0,045 – čo vedie k hodnote ρ' = 2,7 stupňa. Ak je uhol stúpania závitovky 3,5 stupňa (čo vytvára pomer 80:1 pri výbere štandardného priemeru valca so rozstupom), podmienka samosvornosti je splnená pri 20 °C s bezpečnostnou rezervou 0,8 stupňa – ale zlyháva pri 80 °C, kde uhol trenia klesne pod uhol stúpania. Pohon sa bude pri zaťažení vetrom pri maximálnych letných teplotách pohybovať spätne, presne počas obdobia, keď je miesto vystavené najvyššiemu slnečnému žiareniu a najviac si zaslúži presné sledovanie.

Naše špecifikácie závitovkového prevodu pre solárne sledovače vždy zahŕňajú výpočet samosvornej rezervy vykonanej pri minimálnom očakávanom koeficiente trenia – ktorý zodpovedá maximálnej prevádzkovej teplote so špecifikovaným syntetickým mazivom. Ak je rezerva v ktoromkoľvek bode rozsahu prevádzkových teplôt nižšia ako 1,5 stupňa, prepracujeme uhol nábehu alebo odporúčame mazivo s vyššou viskozitou na obnovenie rezervy. Tento výpočet a jeho vstupy sú poskytnuté ako dokument v kvalifikačnom balíku – nie ako vyhlásenie v technickom liste, ale ako sledovateľný technický záznam.

Výrobné zariadenie

Matica klasifikácie lokality – Vyberte si správny materiál závitovkového hriadeľa pre vašu inštaláciu

Výber materiálu pre závitovkový hriadeľ by mal byť založený na korozívnej sile atmosféry na mieste, nie na najnižšej dostupnej cene za daný modul. Táto matica pokrýva štyri typy lokalít, s ktorými sa najčastejšie vyskytujú v kórejských a ázijských solárnych projektoch:

Stratégia duplexného červa pre 25-ročnú presnosť sledovania

A duplexný závitovkový prevod Sada ozubených kolies – nazývaná aj dvojstupňová závitovka – zachováva presnosť sledovania počas celého životného cyklu projektu tým, že umožňuje obnovenie vôle bez výmeny ozubeného kolesa. Mechanizmus funguje nasledovne: boky závitu závitovky sú vyrobené s mierne odlišnými hodnotami stúpania na ľavej a pravej strane, vďaka čomu sa hrúbka zubov závitu plynule zvyšuje od jedného konca závitovky k druhému. Posunutím závitovky v axiálnom smere o kalibrovanú hodnotu sa hrubšia časť závitu dostane do záberu s kolesom, čím sa uzatvorí medzera vôle. Kontaktná geometria medzi závitovkou a kolesom sa týmto posunom nemení – celá kontaktná plocha zubov, nosnosť a samosvorná rezerva zostávajú počas celého nastavenia nedotknuté. Mení sa iba rozmer vôle.

Pre typický závitovkový systém M6 solárneho sledovača s pomerom 80:1 je rozdiel predstihu medzi dvoma bokmi približne 0,15 mm na otáčku. To poskytuje rozsah nastavenia axiálneho posunu závitovkového systému približne 1,0 mm, čo zodpovedá nastaveniu vôle od nuly do 0,15 mm na rozstupovej kružnici. Vôľa sa pri normálnej prevádzke sledovača hromadí približne 0,015 – 0,025 mm za rok. Počnúc 0,05 mm pri inštalácii dosiahne pohon prahovú hodnotu nastavenia 0,10 mm približne za 2 až 4 roky. Tím O&M, ktorý vykonáva nastavenie axiálneho posunu v tomto intervale – 20-minútový postup so štandardným ručným náradím – obnoví vôľu pohonu na 0,05 mm. Postup sa môže opakovať 4 až 6-krát, kým sa zuby kolesa opotrebujú na limit výmeny, čo poskytuje celkovú životnosť 10 až 25 rokov bez výmeny komponentov v závislosti od úrovne kontaktného napätia a kvality mazania. Pre projekt, ktorý bol financovaný s 25-ročnou životnosťou, je to stratégia závitovkového prevodu, ktorá zodpovedá obchodnému modelu.

Referenčná informácia o kompatibilite systému sledovania

Názvy značiek sú uvedené len na účely rozmerovej referencie. Spoločnosť Korea Ever-Power nie je prepojená so žiadnym uvedeným výrobcom sledovacích zariadení, nie je ním schválená ani autorizovaná. Všetky ochranné známky sú majetkom ich príslušných vlastníkov.

Referenčné prípady projektu

Štandardná katalógová špecifikácia vs. 25-ročná špecifikácia solárneho sledovača

Pre aplikácie vyžadujúce kompletnú zostavu otočného pohonu so špecifikáciami materiálu a dokumentácie opísanými v tejto príručke sú k dispozícii párované páry závitovkových prevodov vopred zmontované v utesnených krytoch IP67 pre štandardnú montáž na torznú rúrku. Kompaktný kryt. závitovkové reduktory s výberom materiálu špecifického pre dané miesto – vnútrozemské, pobrežné alebo plávajúce – sú k dispozícii ako kompletné jednotky pripravené na montáž. Kompletné balíky dokumentácie o kvalifikácii projektu sa štandardne pripravujú pre posúdenie EPC a správy aktív.

Často kladené otázky