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活動鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專題---發(fā)展新能源更要做好能源管理

    項目名稱

  臺達工業(yè)自動化產(chǎn)品在杰安培追日系統(tǒng)應(yīng)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(fā)明了世界上第一臺太陽能驅(qū)動發(fā)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(fā)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(zhuǎn)移，隨時變換太陽能電池板的旋轉(zhuǎn)角度，從而達到最大限度地吸收太陽能目的的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，卻是鮮有聽聞的。這就是目前新型的節(jié)能環(huán)保技術(shù)——追日型太陽能發(fā)電系統(tǒng)。 

  目前，全球領(lǐng)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(yīng)用在“太陽能追日系統(tǒng)”。該產(chǎn)品可將太陽能面板調(diào)節(jié)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(jù)了解，“太陽能追日系統(tǒng)”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(fā)電系統(tǒng)。

  系統(tǒng)方案及功能實現(xiàn)

  一、工藝設(shè)計要求
 
               
                        圖1 杰安培太陽能追日系統(tǒng)功能測試現(xiàn)場

  1. 設(shè)置功能 

  通過文本顯示器設(shè)定本地時區(qū)、經(jīng)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(shù)。 

  2. 邏輯運算功能 

  根據(jù)當(dāng)?shù)貢r間、經(jīng)度等信息計算追日系統(tǒng)的方位角及俯仰角； 
  自動將方位角及俯仰角轉(zhuǎn)換為電機位置信息，驅(qū)動電機執(zhí)行追日動作； 
  根據(jù)時間自動切換白天追日模式及夜間休息模式。 

  3. 根據(jù)風(fēng)速自動判斷停留位置 

  當(dāng)無風(fēng)時，白天進行實時追日，夜間停留在15º位置，保證凝結(jié)水可以流下。 
  當(dāng)有風(fēng)時，回歸至水平0º位置，減小風(fēng)的阻力。 

   4. 警報功能 

  當(dāng)發(fā)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(dāng)太陽能板觸發(fā)方位角/俯仰角正極限時，執(zhí)行反轉(zhuǎn)動作。

  二、方案實現(xiàn)

  1. 硬件配置
           

  2. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
 
            
                              圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

  3.設(shè)計原理

  Step1：中國廣州位于東 8 區(qū)，其參考時間為中國標(biāo)準(zhǔn)時間，即東經(jīng)120º 時間，假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時間為 11:00:00。 

  Step2 ：推算Greenwich時間，計算公式為區(qū)時 - 當(dāng)?shù)貢r區(qū)，即11:00:00 - 8(東8區(qū)) = 03:00: 00

  Step3：計算廣州當(dāng)?shù)貢r間，計算公式為GMT + 當(dāng)?shù)鼐?15，即03:00:00 + (113.3º/15º) = 10.553 = 10:33:11  

  圖3：設(shè)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(tǒng)工作模式

  追日系統(tǒng)共設(shè)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(dāng)前時間實時傳送給PLC，PLC通過SPA指令根據(jù)當(dāng)?shù)貢r區(qū)、海拔高度等信息將時間轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為導(dǎo)通時間從而控制馬達的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)。
  
  原點回歸模式

  進入原點追日模式，PLC驅(qū)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(xiàn)方位角電機的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，俯仰角電機的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)。

   5. 功能規(guī)劃

  追日系統(tǒng)模式選擇如下圖所示。
 
                
                              圖5 追日系統(tǒng)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(guī)劃

功能鍵F1-----此鍵對應(yīng)“監(jiān)視”功能，按下此鍵后進入“監(jiān)視”的下級菜單。
功能鍵F2-----此鍵對應(yīng)“系統(tǒng)”功能，按下此鍵后進入“系統(tǒng)”的下級菜單。
功能鍵F3-----此鍵對應(yīng)“參數(shù)”功能，按下此鍵后進入“參數(shù)”的下級菜單。
 
         
                      圖8 操作畫面

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

  運行時間-----方位角/俯仰角執(zhí)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(jù)當(dāng)?shù)氐乩砦恢眉爱?dāng)前時間位置實現(xiàn)追日功能； 根據(jù)天氣情況(大風(fēng)/大雨)自動選擇停留位置。 

  報警功能-----實時監(jiān)測各極限開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)極限開關(guān)發(fā)生故障時提示故障，同時追日機構(gòu)回歸原點位置。 

   參數(shù)設(shè)置-----設(shè)置追日指令參數(shù)，如當(dāng)?shù)貢r區(qū)、當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、日期、當(dāng)?shù)貐^(qū)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(shù)。 

  8.故障診斷

  三、操作畫面
 
          
     效益分析

  DVP16ES主機內(nèi)建SPA指令，使追日功能變得更加方便、準(zhǔn)確、快捷。該系統(tǒng)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(yè)于蘭州理工大學(xué)，電氣工程及其自動化專業(yè)。現(xiàn)任臺達吳江系統(tǒng)整合部專案經(jīng)理，從事工業(yè)自動化產(chǎn)品方案整合與系統(tǒng)開發(fā)，具有8年從事臺達工業(yè)自動化產(chǎn)品經(jīng)驗及HVAC，水處理行業(yè)經(jīng)驗。