Qual o torque necessário para um atuador de rotação de rastreador solar?

Selecionar o atuador de rotação correto para um rastreador solar é crucial para a confiabilidade e segurança do sistema de rastreamento fotovoltaico (PV). Um dos parâmetros mais importantes é o torque de saída. Mas exatamente quanto torque um rastreador solar precisa?

A resposta depende de vários fatores, incluindo o tamanho do arranjo PV, o peso total em movimento, o centro de gravidade, as cargas de vento, a estrutura de montagem e a configuração de rastreamento. Selecionar um atuador de rotação com base apenas no peso dos painéis solares geralmente é insuficiente.

1. Por que o torque é importante para rastreadores solares?

Um atuador de rotação converte a potência rotacional de um motor em movimento controlado para o rastreador solar. Durante a operação normal, a unidade do atuador de rotação requer torque suficiente para superar:

O peso da estrutura em movimento

Fricção em rolamentos e componentes mecânicos

Cargas de vento atuando nos módulos PV

Desequilíbrio causado por um centro de gravidade deslocado

Cargas de partida e parada

Cargas dinâmicas durante o movimento do rastreador

Para sistemas de rastreamento solar externos, a carga de vento é frequentemente um dos fatores mais significativos que influenciam o torque necessário.

Em cálculos mecânicos simplificados, o torque é uma função da força e do braço de alavanca efetivo. Portanto, quanto mais distante a carga aplicada estiver do eixo de rotação, maior será o torque necessário.

2. Cálculo básico de torque para rastreadores solares

Uma fórmula de cálculo simplificada é: T = F × r

Onde:

T = Torque necessário

F = Força aplicada

r = Distância efetiva ao eixo de rotação

No entanto, para rastreadores solares, o cálculo real é mais complexo porque a carga varia com o ângulo do rastreador e a direção do vento.

Por exemplo, quando o vento atua em um grande arranjo PV, as forças aerodinâmicas geram um momento (torque) no eixo de rotação do rastreador. Este momento deve ser levado em consideração ao selecionar a unidade do atuador de rotação.

Portanto, os cálculos de engenharia reais devem considerar:

Torque Necessário ≥ Torque de Carga Estática + Torque de Vento + Torque de Fricção + Margem de Carga Dinâmica

Consequentemente, fornecer dados de vento para o local do projeto é vital para a seleção adequada do modelo.

3. A carga de vento pode ser mais significativa do que o peso do módulo

Um erro comum é calcular o torque com base apenas no peso dos módulos PV. Por exemplo, um rastreador pode suportar centenas de quilogramas de componentes e estruturas de aço. No entanto, quando ventos fortes atuam em um grande arranjo, o torque aerodinâmico resultante pode exceder em muito o torque gravitacional.

Portanto, ao selecionar um atuador de rotação para um rastreador solar, é essencial especificar tanto a velocidade operacional do vento quanto a velocidade de sobrevivência (segurança) do vento.

4. A localização do Centro de Gravidade (CoG) é Crucial

O centro de gravidade (CoG) do conjunto do rastreador é outro fator crítico.

Se o CoG estiver próximo ao eixo de rotação, o torque gravitacional pode ser relativamente baixo.

Se houver um desvio significativo entre o CoG e o eixo de rotação, o torque necessário aumenta.

Consequentemente, dois rastreadores solares com o mesmo peso total podem exigir classificações de torque de atuador de rotação drasticamente diferentes.

5. Rastreadores de Eixo Único vs. Rastreadores de Eixo Duplo

5.1 Rastreadores Solares de Eixo Único

Rastreadores de eixo único geralmente giram o arranjo PV em torno de um único eixo principal.

Os seguintes fatores devem ser considerados ao selecionar um atuador de rotação:

* Peso total do arranjo

* Dimensões do arranjo

* Localização do centro de gravidade

* Velocidade do vento

* Orientação do eixo de rotação

* Ângulo de rastreamento necessário

* Estrutura de suporte mecânico

5.2 Rastreadores Solares de Eixo Duplo

Rastreadores de eixo duplo geralmente apresentam dois eixos de rotação independentes:

Eixo de azimute

Eixo de elevação

Esses dois eixos podem estar sujeitos a condições de carga drasticamente diferentes.

Por exemplo, quando o arranjo PV está inclinado, o atuador de elevação pode experimentar torque gravitacional significativo, enquanto o atuador de azimute pode estar sujeito a torque de vento substancial, dependendo da posição do arranjo.

Portanto, os requisitos de torque para os dois atuadores de rotação devem ser calculados separadamente.

6. Não Selecione Atuadores de Rotação Apenas com Base no Torque

Embora o torque seja certamente importante, não é o único parâmetro a ser considerado.

Considerações Chave:

Torque de Retenção

O atuador de rotação deve possuir capacidade de retenção suficiente para manter a posição do arranjo fotovoltaico (PV) quando sujeito a cargas externas.

Momento de tombamento / Capacidade de carga

O atuador de rotação deve ser capaz de suportar os momentos de tombamento gerados pelo arranjo PV e pelas cargas de vento.

Folga

Baixa folga é crucial para aplicações que exigem rastreamento solar preciso.

Capacidade de Autotravamento

Atuadores de rotação com engrenagem sem-fim oferecem altas relações de redução de engrenagem e — dependendo do projeto e das condições de operação — fornecem resistência eficaz contra retrocesso (ou seja, uma função de autotravamento).

Classificação de Proteção contra Invasão (IP)

Rastreadores solares externos são expostos à chuva, poeira, umidade e flutuações de temperatura. Com um projeto de montagem geral adequado, um atuador de rotação com classificação IP66 é uma escolha ideal para ambientes externos hostis.

Temperatura de Operação

Motores, caixas de engrenagens, vedações, lubrificantes e outros componentes devem ser adequados para a faixa de temperatura no local do projeto.

7. Que informações são necessárias para selecionar um atuador de rotação?

Para realizar uma seleção inicial de um atuador de rotação para rastreador solar, as seguintes informações são recomendadas: