مقالات أخرى
المشغل الخطي هو عنصر تشغيل يحول الحركة الدورانية للمحرك إلى حركة خطية ذهابًا وإيابًا، ويقوم بدفع أو سحب حمل لمسافة محددة. ويُعرف في الاستخدام الميداني أيضًا باسم «المكبس الكهربائي».
في أنظمة solar tracker، يُستخدم المشغل الخطي لتغيير زاوية الألواح. ويُستخدم بصورة أكثر شيوعًا في الأنظمة ثنائية المحور لضبط ميل اللوحة، أي محور الارتفاع. وفي بعض التصاميم أحادية المحور، يقوم بتدوير أنبوب العزم من خلال آلية ذراع لتوجيه الألواح من الشرق إلى الغرب. وفيما يلي يمكنكم التعرف على كيفية عمل المشغل، وأنواعه، وطرق استخدامه في solar tracker، والفرق بينه وبين أنظمة التشغيل ذات علبة التروس، والعوامل التي ينبغي مراعاتها عند الاختيار.
كيف يعمل المشغل الخطي؟
يحتوي المشغل الخطي الكهربائي على عدة مكونات أساسية مترابطة:
- المحرك: يكون عادةً محركًا كهربائيًا صغيرًا يعمل بالتيار المستمر (DC)، وهو مصدر الحركة.
- علبة التروس: تقلل سرعة دوران المحرك العالية وتزيد القوة.
- عمود اللولب والصامولة: الآلية الأساسية التي تحول الحركة الدورانية إلى حركة خطية. ومع دوران العمود تتحرك الصامولة إلى الأمام أو الخلف.
- قضيب المكبس: يمتد أو يتراجع مع حركة الصامولة ويدفع الحمل أو يسحبه.
- مفاتيح الحد: توقف المحرك عند طرفي المشوار لمنع تعرض الآلية للإجهاد الزائد.
- حساس الموضع: يقوم حساس مثل مقياس الجهد أو حساس Hall أو المشفر بإبلاغ وحدة التحكم بالموضع الحالي للمكبس.
عند تغيير اتجاه دوران المحرك، يمتد المكبس أو يتراجع. وتتحكم وحدة التحكم بهذه الحركة اعتمادًا على المعلومات الواردة من حساس الموضع وتوقف المكبس عند النقطة المطلوبة. وفي أنظمة التتبع الشمسي، تتوافق هذه النقطة مع زاوية اللوحة المحسوبة وفقًا لموضع الشمس في ذلك الوقت.
أنواع المشغلات الخطية
تنقسم المشغلات الخطية إلى ثلاث مجموعات رئيسية وفقًا لنوع الطاقة المستخدمة في الحركة:
- المشغلات الكهربائية: تعمل باستخدام محرك وآلية لولبية. وهي النوع الأكثر استخدامًا في solar tracker بسبب سهولة التركيب والتحكم.
- المشغلات الهيدروليكية: تعمل بالزيت المضغوط ويمكنها إنتاج قوى عالية جدًا. لكنها تحتاج إلى صيانة المضخة والخراطيم وعناصر الإحكام.
- المشغلات الهوائية: تعمل بالهواء المضغوط. وهي سريعة، لكنها تتطلب معدات تحكم إضافية للتوقف بدقة في المواضع الوسيطة.
أهم اختلاف في المشغلات الكهربائية هو نوع اللولب المستخدم. ويحدد هذا الاختيار كفاءة المشغل وما إذا كان يستطيع الاحتفاظ بالحمل عند انقطاع الكهرباء.
| الخاصية | لولب شبه منحرف | لولب كروي |
|---|---|---|
| مبدأ التشغيل | تتحرك الصامولة بالانزلاق على العمود | تتحرك الصامولة بالدوران فوق الكرات |
| الكفاءة | أقل | أعلى |
| الاحتفاظ بالحمل عند انقطاع الطاقة | عادةً ذاتي القفل | يتطلب فرامل أو ترس قفل |
| الاستخدام المناسب | حركة متقطعة، تثبيت الحمل | حركة متكررة وسريعة، دقة عالية |
في أنظمة التتبع الشمسي تتحرك الألواح بخطوات صغيرة طوال اليوم، لكنها يجب أن تبقى ثابتة لفترات طويلة عند الزاوية نفسها تحت أحمال الرياح. ولذلك تعد خاصية القفل الذاتي ميزة مهمة. وإذا تم استخدام مشغل بلولب كروي، فيجب توفير آلية فرملة تحافظ على الموضع بأمان.
أين يُستخدم المشغل الخطي في solar tracker؟
هناك طريقتان أساسيتان لتحريك الألواح في أنظمة التتبع الشمسي: تشغيل دوراني باستخدام علبة تروس ينتج حركة دورانية، ومشغل خطي يقوم بالدفع والسحب. ويؤدي المشغل الخطي وظيفتين مختلفتين وفقًا لهندسة الهيكل.
ضبط الميل في الأنظمة ثنائية المحور
يتتبع tracker ثنائي المحور الشمس في حركتها من الشرق إلى الغرب خلال اليوم وكذلك في ارتفاعها الذي يتغير حسب الموسم. وفي التصاميم الشائعة يقوم التشغيل الدوراني المزود بعلبة تروس فوق العمود بتدوير اللوحة في اتجاه الشرق والغرب (السمت). أما المشغل الخطي المثبت بين العمود وحامل اللوحة فيتمدد ويتراجع لضبط ميل اللوحة (زاوية الارتفاع). ويسمح هذا الترتيب بالتحكم في الحركتين بصورة بسيطة ومستقلة.
آلية الذراع في الأنظمة أحادية المحور
في بعض trackers أحادية المحور، يقوم المشغل الخطي بتدوير اللوحة من خلال دفع أو سحب ذراع متصل بأنبوب العزم. وبما أن الذراع يمنح المشغل ميزة ميكانيكية، يمكن لمحرك صغير نسبيًا تحريك مجموعة كبيرة من الألواح.
لهذا الأسلوب أحد القيود، إذ تكون زاوية الدوران محدودة بسبب هندسة النظام. وقد بحثت الدراسات الأكاديمية نطاقات تشغيل تبلغ نحو ±60° لهذه الأنظمة. وفي دراسة تناولت الموضوع بالتفصيل، تم ذكر القفل الذاتي وقدرة التحمل العالية ضمن مزايا trackers التي تستخدم المشغلات الخطية. أما محدودية نطاق الحركة واستهلاك المحرك للطاقة فتُعد من أبرز التحديات التي يجب التعامل معها.
وقد شرحنا الاختلافات العامة بين الأنظمة أحادية المحور وثنائية المحور في مقالنا حول الفرق بين solar tracker أحادي المحور وثنائي المحور.
مشغل خطي أم تشغيل بعلبة تروس؟
يعتمد اختيار نوع التشغيل الصحيح على نطاق حركة النظام والحمل الذي سيحمله وظروف الموقع. ويقارن الجدول التالي بين الحلين بصورة عامة:
| المعيار | المشغل الخطي | التشغيل الدوراني بعلبة تروس |
|---|---|---|
| نوع الحركة | الدفع والسحب | الدوران المباشر |
| نطاق الحركة | محدود بالمشوار وهندسة نقاط الربط | يمكن تحقيق زوايا أوسع |
| المهمة النموذجية | ضبط الميل، تصاميم أحادية المحور باستخدام ذراع | تدوير أنبوب العزم أو محور السمت |
| تثبيت الموضع | قفل ذاتي باستخدام لولب شبه منحرف | قفل ذاتي في أنظمة الترس الدودي |
في المحطات الشمسية الأرضية التي تستخدم أنظمة أحادية المحور مرتبة في صفوف، تعد أنظمة التشغيل بعلبة تروس التي تدير أنبوب العزم مباشرةً حلًا شائعًا. فعلى سبيل المثال، يتم توصيل علبة التروس ST7 الخاصة بـ solar tracker أحادي المحور مباشرةً بقطاعات 120x120. كما تحتوي على خاصية توقف ميكانيكية تمنع الألواح من تجاوز زاوية محددة في الظروف الصعبة مثل الرياح.
ويبرز المشغل الخطي في المواضع التي تحتاج فيها اللوحة إلى الدفع والسحب بصورة محكومة حول محور. ويعمل مكبس solar tracker ضمن مجموعة منتجات Remak Solar بين القطاع الحامل والعمود الرئيسي، مما يسمح بتحريك الألواح إلى الزاوية المحددة بصورة محكومة ومتوازنة. ويمكنكم الاطلاع على جميع المنتجات في صفحة منتجات solar tracker.
ما الذي يجب مراعاته عند اختيار مشغل خطي لـ solar tracker؟
لا يكفي النظر فقط إلى قيمة القوة المذكورة في الكتالوج. وللحصول على مشغل يعمل دون مشكلات لسنوات طويلة في الموقع، يجب تقييم المعايير التالية معًا:
- الحمل الديناميكي والثابت: تختلف القوة التي يستطيع المشغل دفعها أثناء الحركة عن الحمل الذي يستطيع حمله أثناء التوقف. وبما أن الرياح تؤثر غالبًا على اللوحة وهي ثابتة وليس أثناء حركتها، فإن قدرة التثبيت الساكن لا تقل أهمية عن قوة الدفع.
- طول المشوار ونقاط التوصيل: يتم حساب المشوار المطلوب وفقًا لنطاق الزاوية المطلوب والمسافة بين نقاط الاتصال ومركز الدوران. ويوفر الذراع الأقصر زاوية أكبر بمشوار أقل، لكنه يزيد القوة الواقعة على المشغل.
- درجة الحماية: نظرًا إلى أن المشغل سيعمل لسنوات تحت الغبار والمطر والشمس، يجب أن يكون الجسم وعناصر الإحكام مناسبين للبيئة الخارجية. وتعد درجة الحماية IP المعيار الأساسي الذي يوضح مقاومة الغبار والماء.
- دورة التشغيل: توضح المدة التي يستطيع فيها المشغل العمل دون ارتفاع مفرط في الحرارة. وبما أن الألواح تتحرك على فترات قصيرة طوال اليوم، فلا يمثل ذلك عادةً مشكلة في trackers. ومع ذلك، يجب أخذ الحركات الطويلة مثل الانتقال إلى وضع الحماية من الرياح في الاعتبار.
- التغذية الراجعة للموضع: تحافظ حساسات مقياس الجهد على معلومات الموضع حتى عند انقطاع الكهرباء. أما الأنظمة التي تستخدم حساسات Hall فيجب أن تعود إلى نقطة مرجعية وتتم معايرتها من جديد بعد الانقطاع.
- توافق الجهد والتحكم: يجب أن يكون جهد تشغيل المشغل وإشارة الحساس متوافقين مع لوحة التحكم الخاصة بالنظام.
وقد شرحنا بالتفصيل منطق التحكم في نظام التتبع وكيفية تحديد موضع الشمس في صفحة التكنولوجيا.
هل تبحث عن أفضل حل للطاقة الشمسية لمشروعك؟
احصل على معاينة وعرض سعر مجانيين من فريقنا المتخصص لأنظمة التتبع الشمسي وتركيبات الألواح الثابتة المصممة خصيصًا لأرضك أو مصنعك أو سطح المبنى.
الأسئلة الشائعة حول المشغلات الخطية
هل المشغل الخطي والمكبس الكهربائي هما الشيء نفسه؟
في الاستخدام اليومي يتم غالبًا استخدام المصطلحين بالمعنى نفسه. ويصف مصطلح «المكبس الكهربائي» مشغلًا خطيًا يعمل بمحرك. كما تنتج المكابس الهيدروليكية والهوائية حركة خطية، لكنها تعمل بضغط الزيت أو الهواء وتحتاج إلى معدات إضافية مثل المضخة أو الضاغط.
هل تسقط الألواح عند انقطاع الكهرباء؟
تتميز المشغلات ذات اللولب شبه المنحرف بالقفل الذاتي، ولذلك تبقى في موضعها عند انقطاع الطاقة. وفي النماذج ذات اللولب الكروي تتولى آلية الفرملة هذه المهمة. كما يحتوي tracker المصمم جيدًا على محددات حركة ميكانيكية إضافية. وبذلك يتم منع الألواح من التحرك بشكل غير متحكم فيه حتى في حال حدوث مشكلة في المشغل.
بأي جهد تعمل المشغلات الخطية؟
تعمل معظم المشغلات الخطية الكهربائية بتيار مستمر بجهد 12 V أو 24 V. وعند الاختيار يجب تقييم جهد المشغل مع مصدر تغذية النظام ولوحة التحكم. كما يجب أخذ هبوط الجهد في الاعتبار عند استخدام مسافات طويلة من الكابلات.
كيف تتم صيانة مشغل يعمل في الهواء الطلق؟
خلال الفحوصات الدورية يجب التحقق من مسامير ومفاصل التوصيل وسطح قضيب المكبس وغطاء الحماية من الغبار ومداخل الكابلات. ويشير صدور أصوات غير معتادة أثناء التشغيل أو تباطؤ الحركة أو عدم وصول اللوحة بالكامل إلى الزاوية المستهدفة إلى ضرورة فحص المشغل. كما يجب التحقق من معايرة حساس الموضع على فترات منتظمة.
لماذا تُستخدم علب التروس أكثر في محطات الطاقة الشمسية الكبيرة؟
في الأنظمة أحادية المحور المركبة في صفوف طويلة، تدور الألواح ضمن نطاق زاوي واسع. وتستطيع أنظمة التشغيل بعلبة تروس التي تدير أنبوب العزم مباشرةً توفير هذا النطاق الواسع دون الاعتماد على هندسة الذراع. أما المشغلات الخطية فتتميز في الأنظمة ثنائية المحور التي تحتاج إلى ضبط الميل وفي التصاميم المعتمدة على الأذرع. وللتعرف على الهيكل العام للنظام، يمكنكم الاطلاع على صفحة نظام التتبع الشمسي.
اترك تعليقاً