На протяжении двух последних десятилетий потребность в выработке солнечной энергии возрастала в среднем на 40 % в год. Перед производителями оборудования встали проблемы установки крупных систем для обеспечения стабильной работы на протяжении как минимум 20 лет с минимизацией эксплуатационных затрат, объёма техобслуживания и времени простоев. Отрасль нуждается в дальнейшем снижении затрат с тем, чтобы конкурировать с производителями электроэнергии из ископаемого топлива.

Применение надёжных и точных систем слежения за солнцем способствует снижению затрат независимо от того, используются ли фотогальванические батареи (PV), концентрирующие фотогальванические батареи (CPV) или концентраторы солнечной энергии (CSP) (см. рис. 1). SKF предлагает инновационные решения для систем слежения за солнцем: линейные актуаторы SKF Solar (в рамках программы SKF BeyondZero) и поворотные приводы SKF Solar Hub, которые не требуют техобслуживания. SKF также поставляет не требующие техобслуживания подшипники с возможностью установки в полностью герметичные корпуса, рассчитанные на весь срок службы оборудования.

Для чего нужны системы слежения
Системы слежения за солнцем помогают увеличить выходную мощность фотогальванических панелей. Так, двухосевая система слежения может обеспечить увеличение производительности до 40 % и позволить в полной мере использовать энергию солнечного излучения в системах CPV и CSP (см. рис. 3). Для максимальной генерации энергии эти системы должны обладать высочайшими рабочими характеристиками, такими как жёсткость и точность позиционирования, даже в самых неблагоприятных условиях работы. Точность слежения за положением солнца зависит от используемой технологии. Так, при использовании технологии PV требуемая точность составляет ±1 градус, в то время как при применении CPV – ±0,1 градуса. Поэтому важно свести к минимуму люфт или «мёртвый ход» в подобных системах. В противном случае под действием ветра элементы системы будут раскачиваться, что приведёт к снижению эффективности.

SKF предлагает приводы и другие компоненты систем слежения за солнцем, практически не требующие техобслуживания.

Технические решения
Технические решения для систем слежения включают такие компоненты, как поворотные приводы SKF Solar Hub, предназначенные для перемещения панели по азимуту, линейные актуаторы SKF серии CASD для изменения угла возвышения, а также широкий ассортимент подшипников SKF (см. рис. 2). Данные компоненты могут использоваться в большинстве типов систем преобразования солнечной энергии – фотогальванических панелях, концентрирующих фотогальванических панелях и системах концентрации солнечной энергии, таких как параболоцилиндрические концентраторы, ге­лиостаты или солнечные тарелки.

Поворотные приводы Solar Hub (см. рис. 4) являются новейшим изделием SKF. Он позволяет круглогодично следить за положением солнца от восхода до заката на протяжении всего срока службы установок. Рассчитанные на эксплуатацию в течение 20 лет приводы SKF Solar Hub не требуют замены деталей и смазывания. Высокая надёжность конструкции, обусловленная тщательным выбором материалов, их оптимизированной обработкой, усовершенствованной системой смазывания и оптимизированными уплотнениями, позволяет использовать эти изделия в самых жёстких условиях работы в течение длительного срока службы. Привод Solar Hub имеет малый люфт и позволяет повысить общую эффективность системы , а также снизить нормированную стоимость энергии (LCOE).

Конструкция Solar Hub
Привод Solar Hub, CRSD 290 (см. рис. 5) разработан специально для применения в системах слежения за солнцем, охватывая широкий диапазон размеров панелей от 20 до 70 м², а в зависимости от конструкции системы слежения и ветровой нагрузки, даже до 90 м². CRSD 290 представляет собой привод поворота, состоящий из подшипникового узла с предварительным натягом, зубчатой передачи и корпуса. Предварительный натяг на стадии сборки обеспечивает минимальный люфт. Червячное зубчатое колесо обеспечивает самоблокировку, что позволяет приводу выдерживать статический крутящий момент без использования тормоза. Кроме того, выбор материалов в сочетании с их оптимальной термообработкой позволяет создать высокий крутящий момент и минимизировать износ, что обеспечивает длительный срок службы.

В конструкции SKF применена оптимизированная система уплотнений, отличающаяся от стандартных предлагаемых на рынке технических решений минимальными потерями смазки во время эксплуатации, стойкостью к воздействиям окружающей среды и практически полным отсутствием необходимости в замене смазки. SKF подобрала оптимальную смазку для этого компонента со сверхнизкой скоростью движения, повысив тем самым его эксплуатационные качества. Привод CRSD 290 практически не требует тех­обслуживания в течение 20 лет эксплуатации в отличие от предлагаемых на рынке изделий, требующих ежегодной замены смазки. Наконец, следует указать, что вся конструкция заключена в герметичный корпус (степень защиты IP 65), что обеспечивает оптимальную работу даже в экстремальных условиях.

Привод Solar Hub предлагается в варианте со встроенным электродвигателем и электронным блоком управления, что обеспечивает полностью интегрированное техническое решение. Привод CRSD 290 Solar Hub может быть интегрирован с электродвигателем постоянного или переменного тока, устанавливаемым на его правой или левой стороне.

Линейные актуаторы
Линейные актуаторы SKF типов CASD-20 и CASD-60 (см. рис. 6) были разработаны с учётом тех же требований, которые предъявляются к приводам Solar Hub. Конструкция линейного актуатора включает ходовой винт с встроенным редуктором, электродвигатель, подшипники, смазку, два конечных выключателя, датчики Холла и печатную плату управления, которые заключены в герметичный корпус (см. рис. 7). Превосходные рабочие характеристики и повышение надёжности достигаются за счёт использования герметизированных защитных трубок, обеспечивающих надлежащую защиту актуатора даже в самых тяжёлых условиях окружающей среды.

Повышенная стойкость к статическим и динамическим нагрузкам позволяет осуществлять генерирование энергии даже в условиях сильного ветра. Так, для актуатора типа CASD-20 допустимые динамическая и статическая нагрузки составляют соответственно 5 кН И 20 кН. Для CASD-60 эти значения составляют 12 кН и 60 кН. В зависимости от величины статической нагрузки оба актуатора имеют диапазон рабочего хода до 1500 мм и скорость перемещения до 2 мм/с для CASD-20 и 2,5 мм/с для CASD-60.

Линейные актуаторы CASD отличаются от существующих аналогов меньшим потребляемым током, более высокой точностью позиционирования и минимальным люфтом. Они не только легко устанавливаются, но позволяют значительно уменьшить время проектирования систем слежения и эксплуатационные затраты.

Преимущества систем слежения за солнцем
Применение двухосевых систем слежения за солнцем, включающих приводы SKF Solar Hub, в системах PV позволяет увеличить КПД системы или выходную мощность до 40 %. А при использовании технологий концентрации солнечной энергии CPV и CSP применение механизмов слежения за солнцем абсолютно необходимо для обеспечения надлежащей работы систем.

Применение систем слежения за солнцем крайне важно для снижения совокупной стоимости владения за счёт облегчения и ускорения монтажа системы, сведения к минимуму объёма техобслуживания или полного исключения его необходимости и повышения надёжности, исключающей необходимость замены компонентов или их ремонта в полевых условиях.

Как производители, так и операторы оборудования для преобразования солнечной энергии могут получить большие выгоды от сотрудничества с SKF. Являясь партнёрами, производители могут в полной мере воспользоваться обширными знаниями и производственной практикой SKF. Это позволит повысить качество, удовлетворить самые строгие требования заказчиков и избежать дорогостоящего гарантийного ремонта. Опыт производителей позволит снизить эксплуатационные затраты за счёт повышения надёжности систем, которые смогут производить больше энергии в течение более длительного времени.