Negli ultimi due decenni, la richiesta di energia elettrica prodotta dal sole è cresciuta in media del 40% all’anno, accompagnata da una rapida caduta di costi e prezzi. I costruttori e gli operatori di impianti solari si trovano ora davanti alla necessità di installare sistemi di grandi dimensioni, in grado di offrire in modo costante eccellenti prestazioni per un periodo di vent’anni o anche più, possibilmente con minimi costi operativi e di manutenzione. L’industria ha bisogno di ridurre continuamente i costi della tecnologia solare per renderla competitiva rispetto a quella dei combustibili fossili, il che vuol dire cercare di massimizzare le potenze erogate a costi minimi.

Le soluzioni impiegate per seguire in modo affidabile e preciso il moto del sole sono orientate alla riduzione dei costi. Sia per quanto riguarda il fotovoltaico (PV), il fotovoltaico a concentrazione (CPV) e le centrali solari a concentrazione (CSP) (fig. 1), la SKF offre un vasto assortimento di soluzioni esenti da manutenzione per seguire il moto del sole, comprendente prodotti innovativi, quali gli SKF Solar Linear Actuator (parte dell’assortimento SKF BeyondZero) e l’ SKF Solar Hub, studiati per questo mercato (fig. 2). Entrambi i prodotti sono progettati, assemblati, collaudati e validati dalla SKF stessa. La SKF fornisce anche cuscinetti esenti da manutenzione che è possibile montare in sopporti sigillati, con protezioni “for life”.

Le soluzioni proposte sono avvalorate da più di 100 anni di conoscenze tecniche nell’ingegneria dell’applicazione e nel servizio di consulenza dell’intero Gruppo SKF. I cuscinetti e i prodotti della meccatronica fanno parte della piattaforma SKF di soluzioni tecniche che comprende anche la lubrificazione e i dispositivi di tenuta. La SKF è in grado di offrire servizi al mercato solare in ogni parte del mondo.

Perché inseguire il moto del sole
Nelle centrali solari gli inseguitori sono dispositivi importanti perché contribuiscono ad aumentare la potenza erogata dai pannelli fotovoltaici: un inseguitore a due assi può aumentarla anche del 40%. Rispetto a un’installazione fissa, nel caso dei sistemi CPV e CSP essi consentono di catturare l’intera radiazione solare (fig. 3). Per ottenere la massima erogazione di energia i sistemi di inseguimento devono avere ottime caratteristiche in termini di robustezza, precisione di posizionamento e affidabilità, pur operando in condizioni ambientali difficili. Essi devono seguire il sole con una data precisione a seconda della tecnologia adottata. Per i tipi PV è di ± 1 grado, mentre per quelli CPV è di ± 0,1 gradi. È quindi importante avere sistemi di azionamento senza un eccessivo gioco o backlash, diversamente, in caso di vento, oscillano avanti e indietro, perdendo rendimento o addirittura non erogando energia.
La SKF offre tutti gli azionamenti e i componenti necessari per gli inseguitori solari; essi hanno tra l’altro il vantaggio di essere praticamente esenti da manutenzione.

Gli attuatori elettromeccanici, quali l’SKF Solar Linear Actuator e l’SKF Solar Hub, si utilizzano per muovere i pannelli con movimento azimutale (est-ovest) o con movimento di elevazione (nord-sud) o con entrambi.

Soluzioni per inseguire il moto del sole
Le soluzioni SKF permettono di ottenere una funzione azimutale con l’SKF Solar Hub e una funzione di elevazione con gli attuatori solari della serie SKF CASD, oltre agli appositi cuscinetti per supportare la struttura, scelti dal vastissimo assortimento SKF (fig. 2). Le soluzioni sono idonee per le principlai tecnologie di generazione solare – pannelli fotovoltaici, pannelli fotovoltaici a concentrazione e sistemi a concentrazione, quali i concentratori parabolici lineari, gli eliostati o i concentratori parabolici a motore Stirling.

L’SKF Solar Hub (fig. 4) è il prodotto più recente, progettato per aumentare il rendimento dei sistemi di inseguimento solare e per operare con precisione dall’alba al tramonto, in tutte le stagioni dell’anno e per tutto il ciclo di vita dei sistemi stessi. Rispetto alle soluzioni che richiedono molta manutenzione offre miglioramenti tecnologici significativi. Studiato per una durata di esercizio di 20 anni, non richiede di fermare l’impianto per la sostituzione di componenti e non ha bisogno di rilubrificazione. La sua struttura robusta, grazie alla scelta ottimale dei materiali e dei relativi trattamenti, nonché alla lubrificazione e ai dispositivi di tenuta ottimizzati, è quindi idonea agli ambienti difficili e offre lunga durata di esercizio. L’SKF Solar Hub consente di ridurre i costi operativi e quindi il total cost of ownership. Con un minimo backlash, consente di produrre elettricità al minimo costo di produzione costante (Levelized Cost of Electricity, LCOE).

L’SKF Solar Hub
L’SKF Solar Hub, CRSD 290 (fig. 5), è stato appositamente studiato per le applicazioni di inseguimento solare di pannelli di varia dimensione, da 20 a 70 m², ma anche di 90 m², a seconda dell’inseguitore e delle condizioni del vento. Il CRSD 290 è dotato di un comando rotativo, costituito da un sistema di cuscinetti di tipo precaricato, un set di ingranaggi e relativo alloggiamento. Il precarico eseguito durante l’assemblaggio assicura un backlash minimo. Il gruppo con vite senza fine è stato progettato come autobloccante per poter mantenere una coppia statica senza necessità di un freno esterno. Il materiale scelto per i rotismi, opportunamente trattato, offre un’elevata resistenza alla coppia trasmessa e un’usura limitata, a tutto vantaggio della durata del prodotto.

A differenza di quelle standard esistenti sul mercato, le tenute SKF sono state ottimizzate per ridurre al minimo le perdite di grasso in funzionamento, evitare qualsiasi inquinamento ambientale e ridurre la necessità di rilubrificazione. Le conoscenze SKF nel settore dei grassi e della lubrificazione hanno consentito di scegliere un lubrificante adatto per queste applicazioni in lento movimento, a vantaggio delle prestazioni. Vista l’importanza primaria del problema manutenzione, il CRSD 290 non richiede interventi praticamente per un periodo superiore ai 20 anni, diversamente da altri tipi esistenti sul mercato che richiedono una rilubrificazione annuale. L’intero dispositivo, classificato IP 65, è racchiuso in un alloggiamento sigillato per offrire prestazioni ottimali in condizioni anche estremamente gravose.

Per fornire una soluzione completa, l’SKF CRSD 290 Solar Hub può essere dotato di motore e di elettronica. Il motore può essere a corrente continua o alternata e si può montare a destra o a sinistra.

Attuatori solari lineari
Gli attuatori lineari SKF della serie CASD-20 e CASD-60 (fig. 6), sono stati progettati per soddisfare le stesse esigenze del Solar Hub in termini di maggiore potenza erogata, abbinata a lunga durata, affidabilità, facilità d’installazione e assenza di manutenzione. Comprendono vite, riduttore, motore, cuscinetti, lubrificante, interruttori di fine corsa, sensori a effetto Hall, una scheda e tubi di protezione per il funzionamento in condizioni particolarmente avverse.
Le elevate capacità di carico statico e dinamico – rispettivamente 5 kN e 20 kN per il tipo CASD-20 e 12 kN e 60 kN per il tipo CASD-60 – permettono il funzionamento anche in presenza di forte vento. A seconda del carico statico, entrambi gli attuatori hanno una corsa che arriva a 1.500 mm e una velocità di lavoro fino a 2 mm/s il CASD-20 e 2,5 mm/s il CASD-60.

Gli attuatori lineari CASD hanno un maggiore rendimento in termini di consumo di corrente, migliore precisione di posizionamento e backlash limitato. Essendo unità autonome, sono facili da installare su tutti gli impianti, ma cosa importante, riducono sensibilmente i tempi di progettazione e sviluppo e consentono risparmi operativi.

Vantaggi nell’inseguire il sole
Nei sistemi PV, seguendo il moto del sole con un sistema a due assi, munito di SKF Solar Hub, si aumenta del 40 % il rendimento o l’erogazione dell’energia. I sistemi CPV e dei CSP esigono una tecnologia d’inseguimento che funzioni con precisione.

Per rendere minimi i costi è importante che si utilizzi un sistema d’inseguimento che riduca il total cost of ownership tramite un’installazione agevole e rapida, interventi di manutenzione più distanziati se non assenti e prodotti affidabili che non richiedano sostituzioni o riparazioni.

I produttori e gli operatori di impianti solari traggono vantaggio nella collaborazione con la SKF. I primi ne possono sfruttare la vasta esperienza nella progettazione e nella fabbricazione, migliorando la qualità dei propri prodotti e la soddisfazione dei clienti ed evitando costosi problemi di garanzia. I secondi possono ridurre i costi operativi grazie a sistemi più affidabili, capaci di generare più energia più a lungo.