Un attuatore lineare è un elemento di azionamento che trasforma il movimento rotatorio di un motore in un movimento lineare avanti-indietro e spinge o tira un carico lungo una determinata distanza. Nel settore viene anche chiamato “pistone elettrico”.

Nei solar tracker, l’attuatore lineare viene utilizzato per modificare l’angolo dei pannelli. È impiegato soprattutto nei sistemi biassiali per regolare l’inclinazione del pannello, cioè l’asse di elevazione. In alcuni sistemi monoassiali, invece, fa ruotare il tubo di torsione attraverso un meccanismo a leva, orientando i pannelli da est a ovest. Di seguito potete scoprire come funziona l’attuatore, le sue tipologie, le modalità di utilizzo nei solar tracker, le differenze rispetto agli azionamenti con riduttore e i criteri da considerare nella scelta.

Come funziona un attuatore lineare?

All’interno di un attuatore lineare elettrico sono presenti diversi componenti fondamentali collegati tra loro:

• Motore: Generalmente è un piccolo motore elettrico alimentato in corrente continua (DC) e rappresenta la fonte del movimento.
• Riduttore: Riduce l’elevato numero di giri del motore e aumenta la forza.
• Vite e madrevite: È il meccanismo principale che trasforma il movimento rotatorio in movimento lineare. Quando la vite ruota, la madrevite avanza o arretra.
• Stelo del pistone: Si estende o si ritrae insieme alla madrevite e spinge o tira il carico.
• Finecorsa: Arrestano il motore alle due estremità della corsa evitando il sovraccarico del meccanismo.
• Sensore di posizione: Un sensore come potenziometro, sensore Hall o encoder comunica all’unità di controllo la posizione attuale del pistone.

Quando viene invertito il senso di rotazione del motore, il pistone si estende o si ritrae. L’unità di controllo gestisce questo movimento utilizzando le informazioni del sensore di posizione e arresta il pistone nel punto desiderato. Nei sistemi di inseguimento solare, questo punto corrisponde all’angolo del pannello calcolato in base alla posizione del sole in quel momento.

Tipi di attuatori lineari

Gli attuatori lineari si dividono in tre gruppi principali in base al tipo di energia utilizzata per il movimento:

• Attuatori elettrici: Funzionano con un motore e un meccanismo a vite. Sono il tipo più utilizzato nei solar tracker grazie alla facilità di installazione e controllo.
• Attuatori idraulici: Funzionano con olio in pressione e possono generare forze molto elevate. Richiedono tuttavia la manutenzione di pompe, tubi e sistemi di tenuta.
• Attuatori pneumatici: Funzionano con aria compressa. Sono veloci, ma richiedono apparecchiature di controllo aggiuntive per arrestarsi con precisione nelle posizioni intermedie.

Negli attuatori elettrici, la differenza più importante riguarda il tipo di vite utilizzata. Questa scelta determina l’efficienza dell’attuatore e la sua capacità di mantenere il carico in caso di interruzione dell’alimentazione.

Nei sistemi di inseguimento solare, i pannelli si muovono a piccoli intervalli durante la giornata, ma devono rimanere fermi allo stesso angolo per lunghi periodi sotto il carico del vento. Per questo motivo, la funzione autobloccante rappresenta un importante vantaggio. Se viene utilizzato un attuatore con vite a ricircolo di sfere, è necessario prevedere un meccanismo di frenatura capace di mantenere la posizione in sicurezza.

Dove viene utilizzato un attuatore lineare in un solar tracker?

Nei sistemi di inseguimento solare esistono due modi principali per muovere i pannelli: un azionamento rotativo con riduttore che produce movimento di rotazione e un attuatore lineare che spinge e tira. In base alla geometria della struttura, l’attuatore lineare svolge due funzioni differenti.

Regolazione dell’inclinazione nei sistemi biassiali

Un tracker biassiale segue il sole sia nel movimento est-ovest durante la giornata sia nell’altezza che varia con le stagioni. Nelle configurazioni più diffuse, l’azionamento rotativo con riduttore montato sul palo ruota il pannello nella direzione est-ovest (azimut). L’attuatore lineare collegato tra il palo e il supporto del pannello si estende e si ritrae regolando l’inclinazione del pannello (angolo di elevazione). Questa configurazione consente di controllare i due movimenti in modo semplice e indipendente.

Meccanismo a leva nei sistemi monoassiali

In alcuni tracker monoassiali, l’attuatore lineare fa ruotare il pannello spingendo o tirando una leva collegata al tubo di torsione. Poiché la leva offre un vantaggio meccanico all’attuatore, un motore relativamente piccolo può muovere una grande fila di pannelli.

Questo approccio presenta un limite: l’angolo di rotazione è limitato dalla geometria. Studi accademici hanno analizzato intervalli operativi di circa ±60° per sistemi di questo tipo. In uno studio approfondito sull’argomento, l’autobloccaggio e l’elevata capacità di carico vengono indicati tra i vantaggi dei tracker con attuatore lineare. L’intervallo di movimento limitato e il consumo energetico del motore rappresentano invece i principali aspetti da gestire.

Abbiamo illustrato le differenze generali tra sistemi monoassiali e biassiali nel nostro articolo sulla differenza tra solar tracker monoassiale e biassiale.

Attuatore lineare o azionamento con riduttore?

La scelta del tipo di azionamento corretto dipende dall’intervallo di movimento del sistema, dal carico da sostenere e dalle condizioni del sito. La tabella seguente confronta in modo generale le due soluzioni:

Negli impianti fotovoltaici a terra con sistemi monoassiali disposti in file, gli azionamenti con riduttore che ruotano direttamente il tubo di torsione rappresentano una soluzione diffusa. Ad esempio, il nostro riduttore ST7 per solar tracker monoassiale si collega direttamente a profili 120x120. Dispone inoltre di un arresto meccanico che impedisce ai pannelli di superare un determinato angolo in condizioni impegnative come il vento.

L’attuatore lineare è invece particolarmente indicato nelle applicazioni in cui il pannello deve essere spinto e tirato in modo controllato attorno a un asse. Il pistone solar tracker presente nella gamma Remak Solar lavora tra il profilo portante e il palo principale, consentendo ai pannelli di raggiungere l’angolo stabilito in modo controllato ed equilibrato. Potete consultare tutti i prodotti nella nostra pagina prodotti solar tracker.

Cosa considerare nella scelta di un attuatore lineare per un solar tracker?

Considerare soltanto il valore della forza indicato nel catalogo non è sufficiente. Per un attuatore destinato a funzionare senza problemi per molti anni sul campo, è necessario valutare insieme i seguenti criteri:

• Carico dinamico e statico: La forza che l’attuatore può esercitare durante il movimento e il carico che può sostenere da fermo sono differenti. Poiché il vento agisce soprattutto sul pannello quando è fermo, la capacità di mantenimento statico è importante almeno quanto la forza di spinta.
• Lunghezza della corsa e punti di collegamento: La corsa richiesta viene calcolata in base all’intervallo angolare desiderato e alla distanza dei punti di collegamento dal centro di rotazione. Una leva più corta consente di ottenere un angolo maggiore con una corsa inferiore, ma aumenta la forza applicata all’attuatore.
• Grado di protezione: Poiché l’attuatore lavorerà per anni sotto polvere, pioggia e sole, il corpo e gli elementi di tenuta devono essere adatti all’ambiente esterno. Il grado di protezione IP è il principale parametro che indica la resistenza a polvere e acqua.
• Ciclo di lavoro: Indica per quanto tempo l’attuatore può funzionare senza surriscaldarsi. Poiché i pannelli si muovono a brevi intervalli durante la giornata, questo generalmente non rappresenta un problema nei tracker. Tuttavia, devono essere considerati anche movimenti più lunghi, come il passaggio alla posizione di protezione dal vento.
• Feedback di posizione: I sensori potenziometrici mantengono l’informazione sulla posizione anche in caso di interruzione dell’alimentazione. I sistemi con sensore Hall devono invece tornare a un punto di riferimento e venire ricalibrati dopo l’interruzione.
• Compatibilità di tensione e controllo: La tensione di funzionamento dell’attuatore e il segnale del sensore devono essere compatibili con il quadro di controllo del sistema.

Abbiamo spiegato in dettaglio la logica di controllo del sistema di inseguimento e il modo in cui viene determinata la posizione del sole nella nostra pagina tecnologia.

Domande frequenti sugli attuatori lineari

Un attuatore lineare e un pistone elettrico sono la stessa cosa?

Nell’uso quotidiano vengono generalmente utilizzati con lo stesso significato. L’espressione “pistone elettrico” descrive un attuatore lineare azionato da un motore. Anche i pistoni idraulici e pneumatici producono movimento lineare, ma funzionano rispettivamente con pressione dell’olio o dell’aria e richiedono apparecchiature aggiuntive come pompe o compressori.

I pannelli cadono in caso di interruzione dell’alimentazione?

Gli attuatori con vite trapezoidale sono autobloccanti e quindi rimangono nella posizione in cui si trovano quando manca l’alimentazione. Nei modelli con vite a ricircolo di sfere, questa funzione viene svolta da un meccanismo di frenatura. Un tracker ben progettato dispone inoltre di arresti meccanici. In questo modo, anche in caso di problema dell’attuatore, viene impedito il movimento incontrollato dei pannelli.

A quale tensione funzionano gli attuatori lineari?

La maggior parte degli attuatori lineari elettrici funziona a 12 V o 24 V in corrente continua. Durante la scelta è necessario valutare la tensione dell’attuatore insieme all’alimentazione e al quadro di controllo del sistema. Sulle lunghe distanze dei cavi deve essere considerata anche la caduta di tensione.

Come si effettua la manutenzione di un attuatore che lavora all’aperto?

Durante i controlli periodici devono essere ispezionati i perni e gli snodi di collegamento, la superficie dello stelo del pistone, il soffietto antipolvere e gli ingressi dei cavi. Rumori insoliti durante il funzionamento, rallentamento del movimento o mancato raggiungimento completo dell’angolo obiettivo da parte del pannello indicano la necessità di controllare l’attuatore. Anche la calibrazione del sensore di posizione deve essere verificata a intervalli regolari.

Perché nei grandi impianti solari vengono utilizzati più spesso i riduttori?

Nei sistemi monoassiali installati in lunghe file, i pannelli ruotano su un ampio intervallo angolare. Gli azionamenti con riduttore che fanno ruotare direttamente il tubo di torsione possono garantire questo ampio angolo senza dipendere dalla geometria della leva. Gli attuatori lineari sono invece vantaggiosi nei sistemi biassiali che richiedono la regolazione dell’inclinazione e nelle configurazioni a leva. Per la struttura generale del sistema, consultate la nostra pagina sistema di inseguimento solare.