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多模式多策略太阳能热水控制器的设计

论文作者:科技论文
发表时间:2017-1-31

摘  要: 针对现有太阳能热水控制器存在的模式单一的问题,提出了多模式热水控制器的设计方案。预设的20种工程模式适用于60%左右的太阳能热水工程,可以根据工程类型进行选择下载安装相应的程序。为了使太阳能热水工程更节能,采取了多时间段多策略的控制策略,可以根据系统实际情况进行个性化的最佳控制策略选择和控制参数最优设置。介绍了多模式多策略控制器的结构、功能和特点,并且对控制器方案进行了合理性验证及技术经济指标分析。该控制器已应用于多个太阳能热水工程中,应用结果表明:控制器运行稳定,应用场合广,技术经济指标优异,极大地提高太阳能热水控制器的适应性和太阳能热水工程的节能减排效率。
  关键字: 太阳能; 控制策略; 多模式热水控制器; 技术指标分析
  中图分类号: TN91934; TP24                 文献标识码: A                      文章编号: 1004373X(2014)24015004
  Design of multimode and multistrategy solar water heating controller
  LAI Xiaoyong, JIANG Zhoushu, HUANG Guohui, WANG Jian, RUAN Zhipeng
  (Automation College, Hangzhou DianZi University, Hangzhou 310018, China)
  Abstract: To solve the problem of singular mode of available solar water heating controller, a design scheme of multimode solar water heating controller is proposed in this paper. The 20 preset modes applies to about 60% solar water heating projects. The relative program can be downloaded and installed according to the project type. In order to save more energy, the solar water heating project adopts the multiperiod and multistrategy control policy, which can select the optimal control policy and set the personalized optimum control parameter based on the real condition. The structure, function and features of the multimode and multistrategy controller are introduced in this paper. The rationality of the scheme was verified and the specifications of the design were analyzed. This controller has already been applied to several solar water heating projects. The results indicate that the controller is of great stability, extensive application occasion, excellent technoeconomic indicator, which greatly improves the adaptability of the solar water heating controller and the energy saving efficiency of projects.
  Keywords: solar energy; control strategy; multimode water heating controller; specification analysis
  0  引  言
  太阳能作为无污染的绿色能源,是实现“节能减排”的有效手段。随着政府对节能减排重视程度地不断提高,以及鼓励太阳能热利用发展的政策相继出台,使得太阳能热水系统的工程市场得到迅速发展[12]。
  虽然我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国,但其发展主要是在集热板的材料和结构上,与太阳能热水器配套的控制器却一直处于初步的研究和开发阶段[36]。太阳能控制器承担了太阳能热水工程运行现场的全部监控信息,它的功能和质量直接影响着系统的运行性能,是太阳能热水工程现场监控的核心部件。由于用户需求模式复杂,且太阳能受季节和天气影响较大,因此在保证热水供应充足的基础上,如何充分利用太阳能以减少辅助能源的消耗,这对控制系统提出较高的要求。现有太阳能热水控制器大多采用了单一固定的电路板,对于不同用户需求采用不同程序[79]。不同类型的工程程序不同,不但质量难以保证,系统扩展性差,而且控制水平参差不齐,节能效率不高,故无法满足用户的个性化设置及太阳能热水工程发展的需求。因此,对太阳能热水工程进行更精确地监控和实现控制器的标准化已成为了太阳能热利用行业亟待解决的问题。   图2比较了恒温水箱与用户供水温度的关系。对象系统用水时间段为5:00~8:00点、16:00~21:00点,其余时间基本不用热水。由图2可以看出,只有在2个时间段内用户供水管道温度接近恒温水箱温度,其余时间用户供水管道温度都远远低于恒温水箱温度。这一现象说明定时段回水功能可以实现在用户不用水的时间段内不进行管道循环,从而大幅度的减少管道热量损失。
  图3比较了实际用水需求和恒温水箱真实水位的变化过程。对象系统要求在5:00点前水箱水位为50%,16:00点前水箱水位为100%。由图3可以看出水箱实际水位在一天中不同时间段跨度比较大,在3:00点水位已经上升到下一用水时间段的用水需求,此时辅助能源只需加热水箱50%的水。在9:00~14:00点水位策略选为定温放水,充分利用太阳能。14:00~16:00点水位策略选为恒水位,满足用户16:00点前水箱水位为100%的用水需求。图3说明控制器多时段多策略对水箱水位进行控制起到明显效果,能够最大限度的减少辅助能源的使用。因为普通控制器控制的单水箱系统为了保证用户的用水质量,水箱水位需要一直保持在较高水位,导致辅助能源的投入时间增加。而本控制器对水位的控制非常灵活,可以满足不同用水时间段的用水量需求,最大限度地降低辅助能源的投入。
  为了对控制器进行技术经济指标分析而专门设计了一套能量计量软件,由能量计量软件完成对太阳能热水系统的能量计算,该软件数据查询界面如图4所示。
  现以2014年03月20日―26日的统计数据为例进行分析,该周天气变化不是很大。表1为以日为单位的技术经济指标。
  表1 以日为单位的技术经济指标
  从表1中可以看到,在一周天气变化量不大,用户用水量相差不大的情况下,利用本控制器的太阳能热水工程的能效比大约在4.00左右,常规能源替代量在1.40 t左右,CO2减排量在3.35 t左右。说明控制器设计方案合理,节能减排效果明显。
  为了进一步测试控制器的性能,现将本控制与现有市面上销售良好的一款技术控制器进行比较。为便于分析与比较,选择太阳辐射总量基本相同天气,并控制每天的热水用量基本一致,取一周的测试结果的平均值进行分析。不同控制器的热水系统能效比、单位热水能耗的柱状图如图5所示。
  从图5的比较可以得到本控制器的能效比更高,单位热水能耗更低。说明本控制器的节能效果更优异,具有更好的社会效益和经济效益。
  5  结  语
  控制器软件设计充分考虑了当前热水控制器的功能不完善、节能效率不高等现状,对控制器的运行模式、用户用水时段、水温控制、数据传输等进行了研究。创新性地提出了一些控制理念,开发了一套多模式多策略的控制器。至今,该控制器在太阳能集热工程系统上已稳定运行超过半年。通过长期的运行观察分析表明:该控制器控制策略符合太阳能热水工程相关国家标准的要求,控制器与模拟量采集板、开关量输出板RS485本地通信稳定,与本地监控软件通信可靠。该控制器无论在功能上、性能上,还是在外观和可操作上都具有十分明显的优势,具有很好的应用前景。
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  图5 不同控制器能效比较图
  参考文献
  [1] 郝钢.我国太阳能发展现状与前景[J].中国新技术新产品,2010(16):1314.
  [2] 时迈.太阳能光热是最佳替代能源[J].广西城镇建设,2010,(5):4344.
  [3] 门大伟.解析太阳能应用技术[J].科技信息,2010(14):683684.
  [4] HECLER A. 15 years of R&D in central solar heating in Denmark [J]. Solar Energy, 2000, 69(6): 7880.
  [5] STOPOULOS Y T. Solar collectors with colored absorbers [J]. Solar Energy, 2000, 68(4): 100102.
  [6] 李宝宽,宋杨,王芳,等.全玻璃真空管太阳能热水器的季节性能[J].东北大学学报:自然科学版,2010(11):15861589.
  [7] 肖荪,杨洪海.全玻璃型和热管型真空管太阳能热水器的经济性对比[J].能源技术,2010(2):104105.
  [8] 鲍文胜.基于单片机的太阳能热水器控制系统研究[J].青岛理工大学学报,2007(5):7980.
  [9] 苗润兴.基于CPLD的太阳能热水器控制系统[J].中国制造业信息化,2009(7):5154.
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