Un actionneur linéaire est un élément d’entraînement qui transforme le mouvement de rotation d’un moteur en mouvement linéaire d’avant en arrière afin de pousser ou de tirer une charge sur une distance déterminée. Sur le terrain, il est également appelé « piston électrique ».

Dans les solar trackers, l’actionneur linéaire sert à modifier l’angle des panneaux. Il est principalement utilisé dans les systèmes à deux axes pour régler l’inclinaison du panneau, c’est-à-dire l’axe d’élévation. Dans certains systèmes à axe unique, il fait tourner le tube de torsion par l’intermédiaire d’un mécanisme à levier afin d’orienter les panneaux d’est en ouest. Vous découvrirez ci-dessous son fonctionnement, ses différents types, ses modes d’utilisation dans les solar trackers, sa différence par rapport aux entraînements à réducteur et les critères à prendre en compte lors du choix.

Comment fonctionne un actionneur linéaire ?

Un actionneur linéaire électrique contient plusieurs composants essentiels reliés entre eux :

• Moteur : Il s’agit généralement d’un petit moteur électrique fonctionnant en courant continu (DC), qui constitue la source du mouvement.
• Réducteur : Il réduit la vitesse élevée du moteur et augmente la force.
• Vis et écrou : Il s’agit du mécanisme principal qui transforme le mouvement de rotation en mouvement linéaire. Lorsque la vis tourne, l’écrou avance ou recule.
• Tige de piston : Reliée à l’écrou, elle sort ou rentre afin de pousser ou tirer la charge.
• Fins de course : Ils arrêtent le moteur aux deux extrémités de la course afin d’éviter des contraintes excessives sur le mécanisme.
• Capteur de position : Un capteur tel qu’un potentiomètre, un capteur Hall ou un encodeur transmet à l’unité de commande la position actuelle du piston.

Lorsque le sens de rotation du moteur est inversé, le piston s’allonge ou se rétracte. L’unité de commande gère ce mouvement à partir des informations du capteur de position et arrête le piston au point souhaité. Dans les systèmes de suivi solaire, ce point correspond à l’angle du panneau calculé selon la position actuelle du soleil.

Types d’actionneurs linéaires

Les actionneurs linéaires se répartissent en trois catégories principales selon l’énergie utilisée pour produire le mouvement :

• Actionneurs électriques : Ils fonctionnent à l’aide d’un moteur et d’un mécanisme à vis. Ils sont les plus utilisés dans les solar trackers grâce à leur facilité d’installation et de commande.
• Actionneurs hydrauliques : Ils fonctionnent avec de l’huile sous pression et peuvent produire des forces très élevées. Ils nécessitent cependant l’entretien d’une pompe, de flexibles et de systèmes d’étanchéité.
• Actionneurs pneumatiques : Ils fonctionnent à l’air comprimé. Ils sont rapides, mais nécessitent un équipement de commande supplémentaire pour s’arrêter avec précision dans des positions intermédiaires.

Dans les actionneurs électriques, la différence la plus importante concerne le type de vis utilisé. Ce choix détermine l’efficacité de l’actionneur et sa capacité à maintenir la charge en cas de coupure de courant.

Dans les systèmes de suivi solaire, les panneaux se déplacent par petits incréments tout au long de la journée, mais doivent rester immobiles pendant de longues périodes sous l’effet du vent. L’autoblocage constitue donc un avantage important. Lorsqu’un actionneur à vis à billes est utilisé, il faut prévoir un mécanisme de freinage capable de maintenir la position en toute sécurité.

Où utilise-t-on un actionneur linéaire dans un solar tracker ?

Il existe deux méthodes principales pour déplacer les panneaux dans les systèmes de suivi solaire : l’entraînement rotatif à réducteur, qui génère un mouvement de rotation, et l’actionneur linéaire, qui pousse et tire. Selon la géométrie de la structure, l’actionneur linéaire remplit deux fonctions différentes.

Réglage de l’inclinaison dans les systèmes à deux axes

Un tracker à deux axes suit le soleil à la fois dans son mouvement est-ouest au cours de la journée et dans sa hauteur, qui varie selon les saisons. Dans les conceptions courantes, l’entraînement rotatif à réducteur situé sur le poteau fait pivoter le panneau dans la direction est-ouest (azimut). L’actionneur linéaire installé entre le poteau et le support du panneau s’allonge et se rétracte afin de régler l’inclinaison du panneau (angle d’élévation). Cette configuration permet de commander les deux mouvements de manière simple et indépendante.

Mécanisme à levier dans les systèmes à axe unique

Dans certains trackers à axe unique, l’actionneur linéaire fait pivoter le panneau en poussant ou en tirant un levier relié au tube de torsion. Comme le levier procure un avantage mécanique à l’actionneur, un moteur relativement petit peut déplacer une grande rangée de panneaux.

Cette approche présente une limite : l’angle de rotation est restreint par la géométrie. Des études universitaires ont examiné des plages de fonctionnement d’environ ±60° pour ce type de système. Dans une étude approfondie sur ce sujet, l’autoblocage et la capacité élevée de support de charge sont cités parmi les avantages des trackers équipés d’actionneurs linéaires. La plage de mouvement limitée et la consommation électrique du moteur figurent parmi les principaux points à résoudre.

Nous avons expliqué les différences générales entre les systèmes à axe unique et à deux axes dans notre article sur la différence entre les solar trackers à axe unique et à deux axes.

Actionneur linéaire ou entraînement à réducteur ?

Le choix du bon type d’entraînement dépend de la plage de mouvement du système, de la charge à supporter et des conditions du site. Le tableau ci-dessous compare les deux solutions dans leurs grandes lignes :

Dans les centrales solaires au sol utilisant des systèmes à axe unique disposés en rangées, les entraînements à réducteur qui font directement tourner le tube de torsion constituent une solution courante. Par exemple, notre réducteur ST7 pour solar tracker à axe unique se raccorde directement aux profilés 120x120. Il comporte également une butée mécanique qui empêche les panneaux de dépasser un angle déterminé dans des conditions difficiles telles que le vent.

L’actionneur linéaire est quant à lui particulièrement adapté aux applications où le panneau doit être poussé et tiré de manière contrôlée autour d’un axe. Le piston pour solar tracker de la gamme Remak Solar fonctionne entre le profilé porteur et le poteau principal afin de déplacer les panneaux vers l’angle défini de manière contrôlée et équilibrée. Vous pouvez consulter l’ensemble des produits sur notre page produits solar tracker.

Quels critères prendre en compte pour choisir un actionneur linéaire pour un solar tracker ?

Il ne suffit pas de regarder uniquement la valeur de force indiquée dans le catalogue. Pour choisir un actionneur capable de fonctionner sans problème pendant de nombreuses années sur le terrain, les critères suivants doivent être évalués ensemble :

• Charge dynamique et statique : La force que l’actionneur peut exercer pendant le mouvement et la charge qu’il peut supporter à l’arrêt sont différentes. Comme le vent agit principalement sur le panneau lorsqu’il est immobile plutôt que lorsqu’il se déplace, la capacité de maintien statique est au moins aussi importante que la force de poussée.
• Longueur de course et points de connexion : La course nécessaire est calculée selon la plage angulaire souhaitée et la distance entre les points de connexion et le centre de rotation. Un levier plus court permet d’obtenir un angle plus important avec une course plus faible, mais augmente la force exercée sur l’actionneur.
• Indice de protection : L’actionneur devant fonctionner pendant des années sous la poussière, la pluie et le soleil, le boîtier et les éléments d’étanchéité doivent être adaptés à une utilisation extérieure. L’indice de protection IP constitue le principal critère de résistance à la poussière et à l’eau.
• Cycle de fonctionnement : Il indique combien de temps l’actionneur peut fonctionner sans surchauffer. Comme les panneaux effectuent de petits déplacements à intervalles courts tout au long de la journée, cela ne pose généralement pas de problème dans les trackers. Cependant, les mouvements prolongés, comme le passage en position de protection contre le vent, doivent être pris en compte.
• Retour de position : Les capteurs à potentiomètre conservent l’information de position même en cas de coupure de courant. Les systèmes à capteur Hall doivent en revanche revenir à un point de référence et être recalibrés après une interruption.
• Compatibilité de tension et de commande : La tension de fonctionnement et le signal du capteur de l’actionneur doivent être compatibles avec le panneau de commande du système.

Nous expliquons en détail la logique de commande du système de suivi et la manière dont la position du soleil est déterminée sur notre page technologie.

Questions fréquentes sur les actionneurs linéaires

Un actionneur linéaire et un piston électrique sont-ils la même chose ?

Dans l’usage courant, ces expressions sont généralement utilisées dans le même sens. Le terme « piston électrique » désigne un actionneur linéaire entraîné par un moteur. Les pistons hydrauliques et pneumatiques produisent eux aussi un mouvement linéaire, mais fonctionnent avec de l’huile ou de l’air sous pression et nécessitent des équipements supplémentaires tels qu’une pompe ou un compresseur.

Les panneaux tombent-ils en cas de coupure de courant ?

Les actionneurs à vis trapézoïdale étant autobloquants, ils restent dans leur position lorsque l’alimentation électrique est coupée. Sur les modèles à vis à billes, cette fonction est assurée par un mécanisme de freinage. Un tracker bien conçu comporte également des butées mécaniques. Ainsi, même en cas de problème avec l’actionneur, les panneaux ne peuvent pas se déplacer de manière incontrôlée.

Sous quelle tension fonctionnent les actionneurs linéaires ?

La majorité des actionneurs linéaires électriques fonctionnent en courant continu de 12 V ou 24 V. Lors du choix, la tension de l’actionneur doit être évaluée conjointement avec l’alimentation électrique et le panneau de commande du système. La chute de tension doit également être prise en compte sur de longues distances de câblage.

Comment entretenir un actionneur utilisé en extérieur ?

Lors des contrôles périodiques, il convient d’inspecter les axes et articulations de connexion, la surface de la tige de piston, le soufflet antipoussière et les entrées de câble. Des bruits inhabituels pendant le fonctionnement, un ralentissement du mouvement ou l’incapacité du panneau à atteindre complètement l’angle cible indiquent que l’actionneur doit être contrôlé. L’étalonnage du capteur de position doit également être vérifié à intervalles réguliers.

Pourquoi utilise-t-on davantage de réducteurs dans les grandes centrales solaires ?

Dans les systèmes à axe unique installés en longues rangées, les panneaux tournent sur une large plage angulaire. Les entraînements à réducteur qui font directement tourner le tube de torsion permettent d’obtenir cette grande amplitude sans dépendre de la géométrie d’un levier. Les actionneurs linéaires sont quant à eux avantageux dans les systèmes à deux axes nécessitant un réglage de l’inclinaison et dans les conceptions à levier. Pour découvrir la structure générale du système, consultez notre page système de suivi solaire.