活动链接：2013年控制网行业专题---发展新能源更要做好能源管理

    项目名称

  台达工业自动化产品在杰安培追日系统应用

  项目背景

  长久以来，太阳能作为一种绿色能源一直被人们所推崇，人类利用太阳能已有3000多年的历史。自从1615年法国工程师所罗门•德•考克斯发明了世界上第一台太阳能驱动发动机起，人们将太阳能作为一种能源和动力加以利用，也有了300多年的历史了。太阳能发电也成为人们所熟悉的事物之一。但可以随着不同时段的太阳光线转移，随时变换太阳能电池板的旋转角度，从而达到最大限度地吸收太阳能目的的太阳能发电系统，却是鲜有听闻的。这就是目前新型的节能环保技术——追日型太阳能发电系统。 

  目前，全球领先的自动化品牌台达集团，将新一代上市的台达DVP-ES2/EX2系列PLC，成功的应用在“太阳能追日系统”。该产品可将太阳能面板调节至最佳接收效率的指令SPA，利用输出时间控制两轴定位，从而可让使用者轻松安装、并达到太阳能接收的最大效能。 据了解，“太阳能追日系统”太阳能电池板每天吸收的太阳能比普通太阳能电池板高35%，是目前世界上较为先进的太阳能发电系统。

  系统方案及功能实现

  一、工艺设计要求
 
               
                        图1 杰安培太阳能追日系统功能测试现场

  1. 设置功能 

  通过文本显示器设定本地时区、经纬度、万年历时间、追日周期、方位角补偿角度、俯仰角补偿角度等参数。 

  2. 逻辑运算功能 

  根据当地时间、经度等信息计算追日系统的方位角及俯仰角； 
  自动将方位角及俯仰角转换为电机位置信息，驱动电机执行追日动作； 
  根据时间自动切换白天追日模式及夜间休息模式。 

  3. 根据风速自动判断停留位置 

  当无风时，白天进行实时追日，夜间停留在15º位置，保证凝结水可以流下。 
  当有风时，回归至水平0º位置，减小风的阻力。 

   4. 警报功能 

  当发生传感器故障时，故障指示灯亮，并停止追日动作。

   5. 保护功能

  当太阳能板触发方位角/俯仰角正极限时，执行反转动作。

  二、方案实现

  1. 硬件配置
           

  2. 网络结构
 
            
                              图2 网络结构图

  3.设计原理

  Step1：中国广州位于东 8 区，其参考时间为中国标准时间，即东经120º 时间，假设标准时间为 11:00:00。 

  Step2 ：推算Greenwich时间，计算公式为区时 - 当地时区，即11:00:00 - 8(东8区) = 03:00: 00

  Step3：计算广州当地时间，计算公式为GMT + 当地精度/15，即03:00:00 + (113.3º/15º) = 10.553 = 10:33:11  

  图3：设计原理图

  SPA指令的工作原理如下图所示。
 
             
                         图4：SPA指令工作原理图

  4.系统工作模式

  追日系统共设计3种模式，分别为正常追日模式、原点回归模式、维修模式。

  正常工作模式

  1. 进入正常追日模式，文本显示器将当前时间实时传送给PLC，PLC通过SPA指令根据当地时区、海拔高度等信息将时间转化为太阳能板的方位角及俯仰角。 

  2. PLC将方位角及俯仰角转化为导通时间从而控制马达的正转/反转。
  
  原点回归模式

  进入原点追日模式，PLC驱动方位角电机及俯仰角电机进行原点回归动作
  
  维修模式

  进入维修追日模式，可通过文本显示器按键实现方位角电机的正转/反转，俯仰角电机的正转/反转。

   5. 功能规划

  追日系统模式选择如下图所示。
 
                
                              图5 追日系统模式选择

实时追日模式控制流程如下图所示。
 
              
                                  图6 追日模式控制流程

原点回归模式控制流程如下图所示。
 
             
                                图7 原点回归模式控制流程图

  6. 组件定义
        
      
         
        
      
  7. 操作画面规划

功能键F1-----此键对应“监视”功能，按下此键后进入“监视”的下级菜单。
功能键F2-----此键对应“系统”功能，按下此键后进入“系统”的下级菜单。
功能键F3-----此键对应“参数”功能，按下此键后进入“参数”的下级菜单。
 
         
                      图8 操作画面

  状态显示-----方位角电机的运行状态、方位角位置信息 、俯仰角电机的运行状态 、俯仰角位置信息。 

  运行时间-----方位角/俯仰角执行追日的时间、剩余时间显示。 

  模式选择-----用户可选择实时追日模式(默认)、原点回归模式、维修模式。 

  控制功能-----根据当地地理位置及当前时间位置实现追日功能； 根据天气情况(大风/大雨)自动选择停留位置。 

  报警功能-----实时监测各极限开关状态，当极限开关发生故障时提示故障，同时追日机构回归原点位置。 

   参数设置-----设置追日指令参数，如当地时区、当地经纬度、日期、当地区时、 海拔高度、方位角及俯仰角修正、方位角及俯仰角追日时间补偿、 追日周期等参数。 

  8.故障诊断

  三、操作画面
 
          
     效益分析

  DVP16ES主机内建SPA指令，使追日功能变得更加方便、准确、快捷。该系统使用双轴追日，大大提高了太阳能的利用效率。
 
        
                        图15 固定模式，单轴追日模式及双轴追日模式不同时间段效率曲线

  作者简介：

   杜立兴, 男，生于1981年10月，毕业于兰州理工大学，电气工程及其自动化专业。现任台达吴江系统整合部专案经理，从事工业自动化产品方案整合与系统开发，具有8年从事台达工业自动化产品经验及HVAC，水处理行业经验。