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    技術文章

    NHR8000無紙記錄儀表在太陽能技術應用點擊次數:990 發布時間:2018-05-29

       太陽能智能無紙記錄儀技術應用和實際應用方面是走在世界前列的國家。上世紀80年代中期,許多科學家就開始致力于提高太陽能光伏板的效率。一些樂觀主義者認為隨著太陽能技術的不斷進步,加上政府的大力支持,太陽能可能會與化石燃料一樣在產生電能方面變得經濟。
    本試驗嘗試用光伏/光熱二合一收集器為核心的太陽能利用系統,實現將光伏/光熱應用合二為一,進一步提高太陽能源的利用效率和擴展太陽能利用的適應性。
    試驗系統中的熱傳導介質保障了太陽能電池板溫度和發電效率的基本穩定,大幅度提高了電池效率和低溫熱量的利用率,實現了較高的綜合效率,可保障系統在不需要外部供電條件下的自行運行。同時系統在輸出相同能量的情況下比獨立的光伏、光熱系統占地面積更少,是一種具有廣闊前景的新型太陽能綜合利用技術。

    一、項目概況 該試驗項目位于中國科技大學工程科學學院實驗一樓,主要用于工程科學學院的課題研究。系統產生的熱水和電力供辦公室和學生公寓使用。
    1、氣象參數
    (1)合肥地理位置處于北緯31°52′,東經117°17′。
    (2)自來水溫度:秋季平均15℃,冬季平均10℃。
    (3)年日照時間:2200~2500h,年平均環境溫度15℃,太陽能當地緯度太陽能年平均日太陽輻射量11873KJ/㎡。
    2、系統可實現功能
    (1)系統運行
    1)太陽能熱水系統
    具有間接換熱、溫差自動循環、自動補水、集中供水功能。
    2)太陽能光伏發電系統
    具有自用電和并網發電兩個功能。部分電量通過蓄電池蓄電可直接用于驅動光熱系統溫差自動循環的直流泵,減少常規能源的消耗。
    (2)系統監控
    本監控系統根據用戶要求和被控制系統要求采用PLC編程控制,采用LCD觸摸屏連接計算機?蓪崿F:
    1)實時數據采集:主要應用于流量、溫度(7個溫度點)、壓力,以及光伏發 電的電壓、電流、可變送的量。
    2)歷史數據記錄:可根據系統要求進行數據記錄、保存和查閱。
    3)工況顯示:通過LED顯示反映系統工作狀況。 二、新型太陽能光伏/光熱(PVT)一體化系統運行原理 系統運行原理圖
    1、光熱部分工作原理
    本系統采用間接換熱、溫差自動循環、自動補水、集中供水的運行方式。
    (1)間接換熱:在儲熱水箱中設置盤管。集熱器流出的“熱媒”走盤管內,與水箱中的“冷水”通過盤管熱交換器進行熱交換。“熱媒”可以使用抗凍液,在寒冷的區域也可以使用。 
    (2)溫差自動循環:當集熱器出口水溫t1高于水箱底部水溫t25℃時,循環泵自動啟動,“熱媒”開始循環,加熱水箱中的“冷水”,直至水溫相同時,循環泵停止工作。
    (3)自動補水:當水箱水位降低到設置低位時,常閉電磁閥E1自動開啟,補水到正常水位。
    2、光伏部分工作原理 
    光伏發電系統利用半導體材料的光伏效應,通過集熱器表面的光伏發電板,直接將太陽能轉化為電能。
    發電板與蓄電池和逆變器相連,通過蓄電池儲存電能,供系統使用;通過逆變器將電能并網供外部電網。

    三、系統匹配
    1、 基本參數
    (1)用水人數:設計使用人數20人
    (2)用水定額:100L/人•日 
    (3)用水時間:24小時供應 
    (4)設計熱水溫度:50℃
    (5)設計冷水溫度:5℃ 
    2、 系統設計計算
    (1)設計小時耗熱量計算:22100W 
    (2)設計小時熱水量:427.38L/h
    (3)集熱器面積確定
    本系統采用間接換熱系統,太陽能集熱器法向為正南。根據《民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊》第4章應先算出直接換熱系統集熱面積: ①、 直接系統集熱面積:
    四、系統設備選型及說明 
    1、保溫水箱
    選用2噸的不銹鋼保溫水箱,內置直徑為21mm、長度為20m的SUS304不銹鋼波紋盤管。保溫材料采用聚氨酯發泡保溫,保溫層厚度為60㎜。 2、循環水泵
    根據本系統特點,給本裝置配置兩臺水泵,一臺由系統自發直流電作為動力,作為主循環泵,另一臺由外部電網的交流電作為動力,是系統備用循環泵。 
    循環泵流量計算如下:Qx=B2×Ac 
    式中:Qx—集熱泵流量,L/s;
    B2—流量系數,B2=0.02/(m2•s)。
    3、光熱控制系統
    (1)太陽能系統控制
    本系統采用間接換熱、溫差自動循環、自動補水、集中供水的運行方式,晴好天氣充分利用太陽能。
    (2)實時監控系統 
    監控系統采用NHR-8000真彩無紙記錄儀。該記錄儀是以*的CPU為核心,并輔以大規模集成電路、大容量FLASH存儲、信號智能調理、SmartBus總線以及高分辨率圖形液晶顯示器的新型智能化無紙記錄儀表,采用長壽命320×234TFT真彩液晶顯示屏,支持16通道通用模擬輸入或8通道模擬輸出與12通道報警輸出,設定數據與記錄數據具掉電保護功能,具有體積小、通道數多、功耗低、精度高、通用性強、運行穩定、可靠性高等特點。
    可以實現以下功能:
    ①實時監控數據采集,主要應用于流量,溫度(7個溫度點),壓力,以及光伏發電的電壓、電流、可變送的量。
    ②歷史數據:可根據系統要求進行數據保存和查閱并可進行實時數據記錄。
    ③通過LED顯示系統工作狀況。
    4、光伏系統設備配置計算
    (1)太陽能電池板配置
    采用光伏平板集熱器,實現光伏、光熱一體化。
    光伏平板集熱器外形尺寸為1227mm*1045mm,根據42m2集熱面積計算,滿足熱力需要的光伏平板集熱器數量為36塊。
    該光伏平板集熱器的光伏轉換層采用單晶硅材料,每個集熱器為100wp,36塊光伏平板集熱器的總發電功率為3600Wp。
    (2)控制器配置
    根據選用的直流水泵計算:180W/24V=7.,選配10A控制器一臺。
    (3)蓄電池配置
    設計直流水泵工作6小時/天,日耗電量為180W×6h=10800WH。
    以連續陰雨2天保障自供電需要配置蓄電池:
    10800WH*2(天)/(24V*70%)=1285.7AH,因此,配置170AH蓄電池8塊。
    五、引用標準和參考文獻
    1、GB50015-2003《建筑給排水設計規范》
    2、GB50364-2005《民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊》
    3、GB/T18713-2002《太陽熱水系統設計、安裝及工程驗收技術規范》
    4、《給水排水設計手冊》核工業第二研究院主編化工工業出版社2006出版
    5、《熱能工程設計手冊》夏敏文主編化工工業出版社1998出版
    試驗總結:
    系統采用新型光伏/光熱(PVT)收集器集光伏發電與太陽能低溫熱利用為一體,是綜合利用太陽能源的新嘗試。本系統具有以下特點:
    1、系統應用高度自動化控制和監控系統保障系統的自行運行,能在無人值守的情況下全天24小時提供足量溫度適宜的生活熱水。
    2、同時系統通過使用自供電,大幅度降低了對外部使用量。正常情況下,不消耗外部能源。
    3、系統具有的自動化數據采集和記錄功能,滿足不同控制方式和匹配條件進行對比試驗的需求。
    4、系統中的熱傳導介質可保障太陽能電池板溫度和發電效率的基本穩定,一方面能夠大幅度提高電池效率,另一方面可同時回收利用電池板產生的低溫熱量,從而實現較高的綜合效率。同時在輸出相同能量的情況下比分離式太陽電池板和普通太陽集熱器占地面積更少,是一種具有廣闊前景的新型太陽能綜合利用技術。
    試驗系統照片
    太陽能智能無紙記錄儀技術應用和實際應用方面是走在世界前列的國家。美國內華達太陽一號發電廠位于內華達州莫哈韋沙漠。該發電廠占地250英畝,擁有18.2萬塊凹面鏡。凹面鏡組成的太陽能槽式設備將太陽的能量聚焦在位于鏡子焦點線上的不銹鋼接收器管,而鋼管內裝有可流動的油等傳熱液體,在高溫作用下油的溫度升高至750華氏度,巨型的散熱器吸收其中的熱量給水加熱產生蒸汽,蒸汽帶動高壓驅動渦輪機和發電機運轉,從而產生電能。這座發電廠每年可產生6400萬瓦特,足夠供1.4萬戶家庭或者幾家拉斯維加斯賭場使用。

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