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   太陽能發(fā)電已成為人們所熟悉的事物之一。但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(fā)電系統(tǒng)，即追日型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，卻鮮有聽聞。目前，臺達集團將新一代上市的臺達DVP-ES2/EX2系列PLC，成功應用在了這樣新型的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中。

   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，已有300多年的歷史。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(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——追日型太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

   目前，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(tǒng)”。該產(chǎn)品可將太陽能面板調節(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)。

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

   1.1　設置功能

   通過文本顯示器設定本地時區(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)。

   1.2　邏輯運算功能

   （1）根據(jù)當?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；

  （2）自動將方位角及俯仰角轉換為電機位置信息，驅動電機執(zhí)行追日動作；

  （3）根據(jù)時間自動切換白天追日模式及夜間休息模式。

   1.3　根據(jù)風速自動判斷停留位置

   （1）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；

   （2）當有風時，回歸至水平0º位置，減小風的阻力。

   1.4　警報功能

   當發(fā)生傳感器故障時，故障指示燈亮，并停止追日動作。

  1.5　保護功能

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

   2　方案實現(xiàn)

   2.1　硬件配置（如表1所示）
 
                  
                             圖2 網(wǎng)絡結構圖 

  2.2　網(wǎng)絡結構（如圖2所示）

   2.3　設計原理（如圖3所示）Step1：中國廣州位于東 8 區(qū)，其參考時間為中國標準時間，即東經(jīng)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(qū)時 - 當?shù)貢r區(qū)，即11:00:00 - 8(東8區(qū)) = 03:00: 00；Step3：計算廣州當?shù)貢r間，計算公式為GMT + 當?shù)鼐?15，即03:00:00 + (113.3º/15º) = 10.553= 10:33:11。

                   
                             圖3 設計原理圖

  SPA指令的工作原理如圖4所示。
 
                 
                                圖4 SPA指令工作原理圖

   2.4　系統(tǒng)工作模式

   追日系統(tǒng)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。

   2.4.1　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(jù)當?shù)貢r區(qū)、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。

   2.4.2　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。

  2.4.3　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/反轉，俯仰角電機的正轉/反轉。

  2.5　功能規(guī)劃

   追日系統(tǒng)模式選擇如圖5所示。
  
                   
                                 圖5 追日系統(tǒng)模式選擇

   實時追日模式控制流程如圖6所示。
 
                     
                           圖6 追日模式控制流程

   原點回歸模式控制流程如圖7所示。
  
               

                                       圖7 原點回歸模式控制流程圖

   2.6　組件定義（如表2所示）表2 組件定義表
   
                    
                     
                     

   2.7 操作畫面規(guī)劃

   功能鍵F1—此鍵對應“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“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“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

   操作畫面流程如圖8所示。

   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?shù)氐乩砦恢眉爱斍皶r間位置實現(xiàn)追日功能；根據(jù)天氣情況(大風 / 大雨)自動選擇停留位置。

  報警功能——實時監(jiān)測各極限開關狀態(tài)，當極限開關發(fā)生故障時提示故障，同時追日機構回歸原點位置。

  參數(shù)設置——設置追日指令參數(shù)，如當?shù)貢r區(qū)、當?shù)亟?jīng)緯度、日期、當?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)。

  2.8　故障診斷（如表3所示）

   表3 故障診斷表
 
                     

    3 操作畫面（如圖9~圖14所示）

                      

   4　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(tǒng)使用雙軸追日，大大提高了太陽能的利用效率。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，如圖15所示。 

   摘自《自動化博覽》2013年6期