活動鏈接：2013年控制網行業專題---發展新能源更要做好能源管理

    項目名稱

  臺達工業自動化產品在杰安培追日系統應用

  項目背景

  長久以來，太陽能作為一種綠色能源一直被人們所推崇，人類利用太陽能已有3000多年的歷史。自從1615年法國工程師所羅門•德•考克斯發明了世界上第一臺太陽能驅動發動機起，人們將太陽能作為一種能源和動力加以利用，也有了300多年的歷史了。太陽能發電也成為人們所熟悉的事物之一。但可以隨著不同時段的太陽光線轉移，隨時變換太陽能電池板的旋轉角度，從而達到最大限度地吸收太陽能目的的太陽能發電系統，卻是鮮有聽聞的。這就是目前新型的節能環保技術——追日型太陽能發電系統。 

  目前，全球領先的自動化品牌臺達集團，將新一代上市的臺達DVP-ES2/EX2系列PLC，成功的應用在“太陽能追日系統”。該產品可將太陽能面板調節至最佳接收效率的指令SPA，利用輸出時間控制兩軸定位，從而可讓使用者輕松安裝、并達到太陽能接收的最大效能。 據了解，“太陽能追日系統”太陽能電池板每天吸收的太陽能比普通太陽能電池板高35%，是目前世界上較為先進的太陽能發電系統。

  系統方案及功能實現

  一、工藝設計要求
 
               
                        圖1 杰安培太陽能追日系統功能測試現場

  1. 設置功能 

  通過文本顯示器設定本地時區、經緯度、萬年歷時間、追日周期、方位角補償角度、俯仰角補償角度等參數。 

  2. 邏輯運算功能 

  根據當地時間、經度等信息計算追日系統的方位角及俯仰角； 
  自動將方位角及俯仰角轉換為電機位置信息，驅動電機執行追日動作； 
  根據時間自動切換白天追日模式及夜間休息模式。 

  3. 根據風速自動判斷停留位置 

  當無風時，白天進行實時追日，夜間停留在15º位置，保證凝結水可以流下。 
  當有風時，回歸至水平0º位置，減小風的阻力。 

   4. 警報功能 

  當發生傳感器故障時，故障指示燈亮，并停止追日動作。

   5. 保護功能

  當太陽能板觸發方位角/俯仰角正極限時，執行反轉動作。

  二、方案實現

  1. 硬件配置
           

  2. 網絡結構
 
            
                              圖2 網絡結構圖

  3.設計原理

  Step1：中國廣州位于東 8 區，其參考時間為中國標準時間，即東經120º 時間，假設標準時間為 11:00:00。 

  Step2 ：推算Greenwich時間，計算公式為區時 - 當地時區，即11:00:00 - 8(東8區) = 03:00: 00

  Step3：計算廣州當地時間，計算公式為GMT + 當地精度/15，即03:00:00 + (113.3º/15º) = 10.553 = 10:33:11  

  圖3：設計原理圖

  SPA指令的工作原理如下圖所示。
 
             
                         圖4：SPA指令工作原理圖

  4.系統工作模式

  追日系統共設計3種模式，分別為正常追日模式、原點回歸模式、維修模式。

  正常工作模式

  1. 進入正常追日模式，文本顯示器將當前時間實時傳送給PLC，PLC通過SPA指令根據當地時區、海拔高度等信息將時間轉化為太陽能板的方位角及俯仰角。 

  2. PLC將方位角及俯仰角轉化為導通時間從而控制馬達的正轉/反轉。
  
  原點回歸模式

  進入原點追日模式，PLC驅動方位角電機及俯仰角電機進行原點回歸動作
  
  維修模式

  進入維修追日模式，可通過文本顯示器按鍵實現方位角電機的正轉/反轉，俯仰角電機的正轉/反轉。

   5. 功能規劃

  追日系統模式選擇如下圖所示。
 
                
                              圖5 追日系統模式選擇

實時追日模式控制流程如下圖所示。
 
              
                                  圖6 追日模式控制流程

原點回歸模式控制流程如下圖所示。
 
             
                                圖7 原點回歸模式控制流程圖

  6. 組件定義
        
      
         
        
      
  7. 操作畫面規劃

功能鍵F1-----此鍵對應“監視”功能，按下此鍵后進入“監視”的下級菜單。
功能鍵F2-----此鍵對應“系統”功能，按下此鍵后進入“系統”的下級菜單。
功能鍵F3-----此鍵對應“參數”功能，按下此鍵后進入“參數”的下級菜單。
 
         
                      圖8 操作畫面

  狀態顯示-----方位角電機的運行狀態、方位角位置信息 、俯仰角電機的運行狀態 、俯仰角位置信息。 

  運行時間-----方位角/俯仰角執行追日的時間、剩余時間顯示。 

  模式選擇-----用戶可選擇實時追日模式(默認)、原點回歸模式、維修模式。 

  控制功能-----根據當地地理位置及當前時間位置實現追日功能； 根據天氣情況(大風/大雨)自動選擇停留位置。 

  報警功能-----實時監測各極限開關狀態，當極限開關發生故障時提示故障，同時追日機構回歸原點位置。 

   參數設置-----設置追日指令參數，如當地時區、當地經緯度、日期、當地區時、 海拔高度、方位角及俯仰角修正、方位角及俯仰角追日時間補償、 追日周期等參數。 

  8.故障診斷

  三、操作畫面
 
          
     效益分析

  DVP16ES主機內建SPA指令，使追日功能變得更加方便、準確、快捷。該系統使用雙軸追日，大大提高了太陽能的利用效率。
 
        
                        圖15 固定模式，單軸追日模式及雙軸追日模式不同時間段效率曲線

  作者簡介：

   杜立興, 男，生于1981年10月，畢業于蘭州理工大學，電氣工程及其自動化專業。現任臺達吳江系統整合部專案經理，從事工業自動化產品方案整合與系統開發，具有8年從事臺達工業自動化產品經驗及HVAC，水處理行業經驗。