Automatisierung

Kontaktlose Drehgeber optimieren Ertrag von Windenergie- und Solaranlagen

Optimaler Wirkungsgrad durch optimale Ausrichtung

27.04.2022 - Drehgeber erfassen Drehwinkel in verschiedenen Bereichen erneuerbarer Energien. Hierzu zählen unter anderem Windenergieanlagen, die sich der Windrichtung und Windgeschwindigkeit anpassen, sowie Solaranlagen, die der Sonne im Tagesverlauf folgen, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen.

Der Energieträger Wind zeichnet sich vor allem durch häufige Richtungs- und Geschwindigkeitswechsel aus. Das Ziel von Windkraftanlagen ist es, die Dynamik der Windkraft möglichst effektiv für die Energiegewinnung zu nutzen. Meist wird eine Bauform gewählt, bei der zwei separate mechanische Stellsysteme für die Parameter Richtung und Geschwindigkeit zum Einsatz kommen. Sehr häufig handelt es sich um Anlagen, die auf einem horizontalen Mast einen sternförmigen Rotor mit drei Blättern verwenden. Dadurch können die wechselnden Windeigenschaften bestmöglich genutzt werden.
Die Stellung der Gondel in Windrichtung wird über Elektromotoren im Gelenk der Rotationsachse gesteuert (Azimut-System). Das Stellsystem für den Anstellwinkel der Rotorblätter (Stallregelung) optimiert die Leistung der Anlage. Ziel ist es, eine annähernd kon­stante Nennleistung der Windkraftanlage für die jeweils vorherrschenden Bedingungen zu erhalten. Bei zu hohen Windgeschwindigkeiten dient dieses System zugleich dem Schutz vor zu starken mechanischen Kräften und Überhitzung. Bei Gefahr werden die Rotorblätter in Fahnenstellung gedreht. Dadurch kommt es zu einem Strömungsabriss und die Auftriebskräfte fallen weg. Mit Hilfe von Bremsen werden die Rotoren dann zum Stillstand gebracht.
Verantwortlich für die korrekte Steuerung und Überwachung des Azimut-Systems sowie des Stellsystems für die Rotorblätter sind HTx36-Drehgeber von Megatron. Die Encoder übernehmen die Messung der Winkelpositionen beider Systeme. Die Drehgeber sind zwar nicht unmittelbar den Elementen ausgesetzt, jedoch spielen bei der Auswahl der Sensorik Temperaturbereich, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit sowie Reproduzierbarkeit der Messergebnisse eine entscheidende Rolle. Bei den HTx36-Drehgebern handelt es sich um robuste Drehgeber, die Vibrationen, starken Temperaturänderungen und mechanischer Last standhalten.

Elevationssystem kennt aktuelle Panelposition

Auch in Photovoltaikanlagen gilt es, den maximal möglichen Wirkungsgrad zu erzielen. Zusätzlich zum Azimut-System besitzen Hocheffizienzsolaranlagen deshalb ein Elevationssystem. Während das Azimut-System der Sonne in Bezug auf die Himmelsrichtung folgt, richtet das Elevationssystem die Solarpanels entsprechend der Sonnenhöhe aus. Die HTx36-Drehgeber sorgen dafür, dass das Elevationssystem immer die aktuelle Position der Panels kennt. Die Encoder sind in diesen Anlagen oft den Elementen unmittelbar ausgesetzt und müssen deshalb erhöhte Umweltanforderungen erfüllen: Wichtig sind UV-Beständigkeit, ein adäquater IP-Schutz sowie ein Betriebstemperaturbereich, der einer direkten Sonneneinstrahlung standhält und den Betrieb bei Minusgraden ermöglicht.

Drei Sensortechnologien zur Wahl

Im Wesentlichen stehen Anlagenbauern drei Sensortechnologien zur Wahl: potentiometrisch, optisch oder magnetisch. Bei optischen Drehgebern unterliegt das optische System einem geringen Verschleiß aufgrund der Alterung der LED sowie einem Aufwachsen von Partikeln auf den optischen Komponenten. Die potentiome­trische Sensorik zeigt Schwächen im Bereich der periodisch wiederholten, langsamen Bewegungen und landet in puncto Lebensdauer (kontaktbehaftete Sensorik) meist weit hinter den anderen Technologien.
Die Wahl der Sensortechnologie ist somit entscheidend. Die Drehgeber müssen eine exakte Reproduzierbarkeit der Messergebnisse sicherstellen sowie eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer besitzen – 20 Jahre Betriebsdauer sind hier die Regel. In vielerlei Hinsicht überzeugen deshalb magnetische Technologien mit moderner Hall-Sensorik. Ihr kontaktloses Messprinzip unterliegt im Grunde keiner Alterung und erfüllt hohe Ansprüche an Präzision sowie Haltbarkeit. Stimmt dann auch noch das Designkonzept, bieten diese Drehgeber ein Höchstmaß an Robustheit und sehr gute Möglichkeiten für eine optimale Abstimmung auf die Applikation.
HTx36-Drehgeber stellen durch ihre magnetische 3D-Hall-Technologie und ihr optimiertes Design maximale Haltbarkeit sicher. In ihrem Uni-Body-Gehäuse aus Aluminium sind zweifach kugelgelagerte Voll- oder Hohlwellen aus Edelstahl mit Durchmessern von 6 mm oder 8 mm verbaut, die hohen Radial- sowie Axiallasten standhalten. Die Encoder verfügen über einen IP-Schutz von mindestens IP65 (IP67 optional) und sind in einem weiten Betriebstemperaturbereich einsetzbar (-40 °C bis +85 °C). Durch die große Auswahl an elektrischen Schnittstellen (analog/digital) und dem zugrundeliegenden Baukastensystem können sie optimal an die Anlagenbedürfnisse angepasst werden.

Autor
Alexander Niedergesäß, Produktmanagement

Kontakt

Megatron Elektronik AG & Co.

Hermann-Oberth-Str. 7
85640 Putzbrunn

+49 89 46094 0
+49 89 46094 201

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