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活動(dòng)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(xiàng)目名稱

  臺(tái)達(dá)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品在杰安培追日系統(tǒng)應(yīng)用

  項(xiàng)目背景

  長(zhǎng)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(guó)工程師所羅門•德•考克斯發(fā)明了世界上第一臺(tái)太陽能驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起，人們將太陽能作為一種能源和動(dòng)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(shí)段的太陽光線轉(zhuǎn)移，隨時(shí)變換太陽能電池板的旋轉(zhuǎn)角度，從而達(dá)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(dòng)化品牌臺(tái)達(dá)集團(tuán)，將新一代上市的臺(tái)達(dá)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(shí)間控制兩軸定位，從而可讓使用者輕松安裝、并達(dá)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(jìn)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

  系統(tǒng)方案及功能實(shí)現(xiàn)

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

  1. 設(shè)置功能 

  通過文本顯示器設(shè)定本地時(shí)區(qū)、經(jīng)緯度、萬年歷時(shí)間、追日周期、方位角補(bǔ)償角度、俯仰角補(bǔ)償角度等參數(shù)。 

  2. 邏輯運(yùn)算功能 

  根據(jù)當(dāng)?shù)貢r(shí)間、經(jīng)度等信息計(jì)算追日系統(tǒng)的方位角及俯仰角； 
  自動(dòng)將方位角及俯仰角轉(zhuǎn)換為電機(jī)位置信息，驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行追日動(dòng)作； 
  根據(jù)時(shí)間自動(dòng)切換白天追日模式及夜間休息模式。 

  3. 根據(jù)風(fēng)速自動(dòng)判斷停留位置 

  當(dāng)無風(fēng)時(shí)，白天進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)，回歸至水平0º位置，減小風(fēng)的阻力。 

   4. 警報(bào)功能 

  當(dāng)發(fā)生傳感器故障時(shí)，故障指示燈亮，并停止追日動(dòng)作。

   5. 保護(hù)功能

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

  二、方案實(shí)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(jì)原理

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

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

  Step3：計(jì)算廣州當(dāng)?shù)貢r(shí)間，計(jì)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(jì)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(jì)3種模式，分別為正常追日模式、原點(diǎn)回歸模式、維修模式。

  正常工作模式

  1. 進(jìn)入正常追日模式，文本顯示器將當(dāng)前時(shí)間實(shí)時(shí)傳送給PLC，PLC通過SPA指令根據(jù)當(dāng)?shù)貢r(shí)區(qū)、海拔高度等信息將時(shí)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(shí)間從而控制馬達(dá)的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)。
  
  原點(diǎn)回歸模式

  進(jìn)入原點(diǎn)追日模式，PLC驅(qū)動(dòng)方位角電機(jī)及俯仰角電機(jī)進(jìn)行原點(diǎn)回歸動(dòng)作
  
  維修模式

  進(jìn)入維修追日模式，可通過文本顯示器按鍵實(shí)現(xiàn)方位角電機(jī)的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，俯仰角電機(jī)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(shí)時(shí)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(diǎn)回歸模式控制流程如下圖所示。
 
             
                                圖7 原點(diǎn)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(duì)應(yīng)“監(jiān)視”功能，按下此鍵后進(jìn)入“監(jiān)視”的下級(jí)菜單。
功能鍵F2-----此鍵對(duì)應(yīng)“系統(tǒng)”功能，按下此鍵后進(jìn)入“系統(tǒng)”的下級(jí)菜單。
功能鍵F3-----此鍵對(duì)應(yīng)“參數(shù)”功能，按下此鍵后進(jìn)入“參數(shù)”的下級(jí)菜單。
 
         
                      圖8 操作畫面

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

  運(yùn)行時(shí)間-----方位角/俯仰角執(zhí)行追日的時(shí)間、剩余時(shí)間顯示。 

  模式選擇-----用戶可選擇實(shí)時(shí)追日模式(默認(rèn))、原點(diǎn)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(shí)間位置實(shí)現(xiàn)追日功能； 根據(jù)天氣情況(大風(fēng)/大雨)自動(dòng)選擇停留位置。 

  報(bào)警功能-----實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各極限開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)極限開關(guān)發(fā)生故障時(shí)提示故障，同時(shí)追日機(jī)構(gòu)回歸原點(diǎn)位置。 

   參數(shù)設(shè)置-----設(shè)置追日指令參數(shù)，如當(dāng)?shù)貢r(shí)區(qū)、當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、日期、當(dāng)?shù)貐^(qū)時(shí)、 海拔高度、方位角及俯仰角修正、方位角及俯仰角追日時(shí)間補(bǔ)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(jī)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(shí)間段效率曲線

  作者簡(jiǎn)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(dòng)化專業(yè)。現(xiàn)任臺(tái)達(dá)吳江系統(tǒng)整合部專案經(jīng)理，從事工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品方案整合與系統(tǒng)開發(fā)，具有8年從事臺(tái)達(dá)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)及HVAC，水處理行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。