太陽(yáng)能發(fā)電已成為人們所熟悉的事物之一。但隨時(shí)變換太陽(yáng)能電池板的旋轉角度，從而達到最大限度地吸收太陽(yáng)能目的的太陽(yáng)能發(fā)電系統，即追日型太陽(yáng)能發(fā)電系統，卻鮮有聽(tīng)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(yáng)能發(fā)電系統中。

   長(cháng)久以來(lái)，太陽(yáng)能作為一種綠色能源一直被人們所推崇，人類(lèi)利用太陽(yáng)能已有3000多年的歷史。自從1615年法國工程師所羅門(mén)•德•考克斯發(fā)明了世界上第一臺太陽(yáng)能驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機起，人們將太陽(yáng)能作為一種能源和動(dòng)力加以利用，已有300多年的歷史。太陽(yáng)能發(fā)電也成為人們所熟悉的事物之一。但可以隨著(zhù)不同時(shí)段的太陽(yáng)光線(xiàn)轉移，隨時(shí)變換太陽(yáng)能電池板的旋轉角度，從而達到最大限度地吸收太陽(yáng)能目的的太陽(yáng)能發(fā)電系統，卻是鮮有聽(tīng)聞的。這就是目前新型的節能環(huán)保技術(shù)——追日型太陽(yáng)能發(fā)電系統。

   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(yáng)能追日系統”。該產(chǎn)品可將太陽(yáng)能面板調節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到太陽(yáng)能接收的最大效能。據了解，“太陽(yáng)能追日系統”太陽(yáng)能電池板每天吸收的太陽(yáng)能比普通太陽(yáng)能電池板高35%，是目前世界上較為先進(jìn)的太陽(yáng)能發(fā)電系統。

   1工藝設計要求
 
                     
                             圖1 杰安培太陽(yáng)能追日系統功能測試現場(chǎng)

   1.1　設置功能

   通過(guò)文本顯示器設定本地時(shí)區、經(jīng)緯度、萬(wàn)年歷時(shí)間、追日周期、方位角補償角度、俯仰角補償角度等參數。

   1.2　邏輯運算功能

   （1）根據當地時(shí)間、經(jīng)度等信息計算追日系統的方位角及俯仰角；

  （2）自動(dòng)將方位角及俯仰角轉換為電機位置信息，驅動(dòng)電機執行追日動(dòng)作；

  （3）根據時(shí)間自動(dòng)切換白天追日模式及夜間休息模式。

   1.3　根據風(fēng)速自動(dòng)判斷停留位置

   （1）當無(wú)風(fēng)時(shí)，白天進(jìn)行實(shí)時(shí)追日，夜間停留在15º位置，保證凝結水可以流下；

   （2）當有風(fēng)時(shí)，回歸至水平0º位置，減小風(fēng)的阻力。

   1.4　警報功能

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

  1.5　保護功能

   當太陽(yáng)能板觸發(fā)方位角/俯仰角正極限時(shí)，執行反轉動(dòng)作。

   2　方案實(shí)現

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

  2.2　網(wǎng)絡(luò )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，其參考時(shí)間為中國標準時(shí)間，即東經(jīng)120º 時(shí)間，假設標準時(shí)間為11:00:00；Step2 ：推算Greenwich時(shí)間，計算公式為區時(shí) - 當地時(shí)區，即11:00:00 - 8(東8區) = 03:00: 00；Step3：計算廣州當地時(shí)間，計算公式為GMT + 當地精度/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　系統工作模式

   追日系統共設計3種模式，分別為正常追日模式、原點(diǎn)回歸模式、維修模式。

   2.4.1　正常工作模式

   （1）進(jìn)入正常追日模式，文本顯示器將當前時(shí)間實(shí)時(shí)傳送給PLC，PLC通過(guò)SPA指令根據當地時(shí)區、海拔高度等信息將時(shí)間轉化為太陽(yáng)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(shí)間從而控制馬達的正轉/反轉。

   2.4.2　原點(diǎn)回歸模式進(jìn)入原點(diǎn)追日模式，PLC驅動(dòng)方位角電機及俯仰角電機進(jìn)行原點(diǎn)回歸動(dòng)作。

  2.4.3　維修模式進(jìn)入維修追日模式，可通過(guò)文本顯示器按鍵實(shí)現方位角電機的正轉/反轉，俯仰角電機的正轉/反轉。

  2.5　功能規劃

   追日系統模式選擇如圖5所示。
  
                   
                                 圖5 追日系統模式選擇

   實(shí)時(shí)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(diǎn)回歸模式控制流程如圖7所示。
  
               

                                       圖7 原點(diǎn)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(huà)面規劃

   功能鍵F1—此鍵對應“監視”功能，按下此鍵后進(jìn)入“監視”的下級菜單。

  功能鍵F2—此鍵對應“系統”功能，按下此鍵后進(jìn)入“系統”的下級菜單。

  功能鍵F3—此鍵對應“參數”功能，按下此鍵后進(jìn)入“參數”的下級菜單。
  
                    
                                       圖8 操作畫(huà)面

   操作畫(huà)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(shí)間——方位角 / 俯仰角執行追日的時(shí)間、剩余時(shí)間顯示。

   模式選擇——用戶(hù)可選擇實(shí)時(shí)追日模式(默認)、原點(diǎn)回歸模式、維修模式。

  控制功能——根據當地地理位置及當前時(shí)間位置實(shí)現追日功能；根據天氣情況(大風(fēng) / 大雨)自動(dòng)選擇停留位置。

  報警功能——實(shí)時(shí)監測各極限開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當極限開(kāi)關(guān)發(fā)生故障時(shí)提示故障，同時(shí)追日機構回歸原點(diǎn)位置。

  參數設置——設置追日指令參數，如當地時(shí)區、當地經(jīng)緯度、日期、當地區時(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)間補償、追日周期等參數。

  2.8　故障診斷（如表3所示）

   表3 故障診斷表
 
                     

    3 操作畫(huà)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。該系統使用雙軸追日，大大提高了太陽(yáng)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(shí)間段效率曲線(xiàn)，如圖15所示。 

   摘自《自動(dòng)化博覽》2013年6期