台达集团

   太阳能发电已成为人们所熟悉的事物之一。但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，即追日型太阳能发电系统，却鲜有听闻。目前，台达集团将新一代上市的台达DVP-ES2/EX2系列PLC，成功应用在了这样新型的太阳能发电系统中。

   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，已有300多年的历史。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，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。

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

   1.1　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。

   1.2　逻辑运算功能

   （1）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；

  （2）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；

  （3）根据时间自动切换白天追日模式及夜间休息模式。

   1.3　根据风速自动判断停留位置

   （1）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；

   （2）当有风时，回归至水平0º位置，减小风的阻力。

   1.4　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。

  1.5　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。

   2　方案实现

   2.1　硬件配置（如表1所示）
 
                  
                             图2 网络结构图 

  2.2　网络结构（如图2所示）

   2.3　设计原理（如图3所示）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指令的工作原理如图4所示。
 
                 
                                图4 SPA指令工作原理图

   2.4　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。

   2.4.1　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。

   2.4.2　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。

  2.4.3　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。

  2.5　功能规划

   追日系统模式选择如图5所示。
  
                   
                                 图5 追日系统模式选择

   实时追日模式控制流程如图6所示。
 
                     
                           图6 追日模式控制流程

   原点回归模式控制流程如图7所示。
  
               

                                       图7 原点回归模式控制流程图

   2.6　组件定义（如表2所示）表2 组件定义表
   
                    
                     
                     

   2.7 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

   操作画面流程如图8所示。

   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。

  2.8　故障诊断（如表3所示）

   表3 故障诊断表
 
                     

    3 操作画面（如图9~图14所示）

                      

   4　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。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，如图15所示。 

   摘自《自动化博览》2013年6期