太陽能熱水器自動上水系統研究與設計

(淮陰工學院 江蘇 淮安 223001)

一、研究背景

隨著太陽能熱水器的發展，目前太陽能熱水器主要分為平板型太陽能熱水器和真管型太陽能熱水器[3]。平板式太陽能熱水器是專門為高層、小高層住宅配套設計開發，彌補了傳統的太陽能熱水器由于先天不足無法實現與建筑及環境完美結合的遺憾，這一開發真正體現了太陽能與建筑及環境一體化的完美結合。真空管式太陽能熱水器主要由熱管、吸熱板、玻璃管、金屬端蓋和消氣劑等部件組成，使用不受安裝條件的限制，無論是在對于平房用戶還是高層樓房用戶，均可安裝使用。其二者的主要區別式受熱方式不同。與真空管式太陽能熱水器使用熱管受熱不同，平板式太陽能熱水器的受熱材質被加工成版型，安裝起來更加方便。由于平板式熱水器出現的時間較晚。故本次實驗重點在于熱管式太陽能熱水器的改造。

二、太陽能熱水器現狀

(一)太陽能熱水器的安裝和維護

太陽能熱水器在安裝過程中需要注意傾角問題，經研究證明5度～ 45度傾角太陽能熱水器均具有較高的集熱性能， 60度～ 90度 集熱性能逐步減少。考慮到全年太陽入射角及輻照的變化，選用太陽能熱水器的適宜傾角為30度～45度，此角度范圍能夠使太陽能熱水器在全年得到最大熱效率[4]。同時在維護保養方面應注意如下要求;定期進行系統排污，防止管路阻塞；并對水箱進行清洗，保證水質清潔；定期清除太陽能熱水器透明蓋板上的塵埃、污垢，保持蓋板的清潔以保證較高的透光率；注意檢查透明蓋板是否損壞，如有破損應及時更換。真空管太陽能熱水器要經常檢查真空管的真空度或內玻璃管是否破碎真空管太陽熱水器除了清洗真空管外，還應同時清洗反射板。巡視檢查各管道、閥門、浮球閥、電磁閥、連接膠管等有無滲漏現象，如有則應及時修復。太陽能熱水器的吸熱涂層若有損壞或脫 落應及時修復。所有支架、管路等每年涂刷一次保護漆，以防銹蝕；防止悶曬；安裝有輔助熱源的全天候太陽能熱水器，應定期檢查輔助熱源裝置及換熱器工作正常與否[5]。

(二)國內外太陽能熱水器現狀

由于太陽能熱水器相較于其他熱水器存在諸多優勢，所以各國都在大力發展太陽能熱水器舉例來說美國強制規定能源配額， 以提高其競爭力 ，同時采取稅收和信貸優惠政策， 加大資金投入 ，而在2009年奧巴馬政府也通過了包括一系列法案來大力推行太陽能計劃。在德國，通過《可再生能源》法案使太陽能熱水器得到了空前的發展，該法案于2004重新修訂通過了“光伏補貼削減法案 ”，同時德國還具有“十萬太陽能屋頂計劃 ”等一系列措施，推動太陽能熱水器的發展。日本也有新陽光計劃來推動太陽能熱水器實施[6]。

在我國，國家發改委推出了名為“家電下鄉計劃”的惠民政策。并將太陽能熱水器納入補貼計劃當中，然而，就推行情況來說，并不是十分理想，有以下幾點原因：首先審批手續過于繁瑣，對于申請“家電下行”的農村居民來說，他們需要提供包括身份證、家電下鄉補貼政明、戶口本、收入證明以及銀行存折等諸多材料。其次，農村居民獲取信息的渠道有限，造成了對于產品是否達到補貼判斷力不足[7]。

(三)國內知名太陽能企業情況

目前，我國太陽能熱水器發展迅速，越來越多的企業進入這個市場，其中不乏一些著名企業[8]，以海爾為例，2016年，在行業逐年下滑的背景下，實現了逆勢增長，年增長率超過5%。在技術方面，海爾ALL-IN-ONE太陽能最大的特點就是將水箱與集熱器集合為一體[9]。這意味著將制熱和儲熱合二為一，陽光可以直接加熱鍍膜鋼管中的水，在同等條件下制熱速度較傳統產品提高2倍。同時，該產品還采用了顛覆性創新設計，將零件數量由傳統產28個減少為3個，整機組裝時間較傳統產品縮短 50%，更加省時省力[10]。

三、擬定的解決方案

(一)硬件解決方案

本次課程擬采用AT89C51單片機作為主要控制單元。其具有容量大、片內外設豐富、應用軟件配套資源豐富等特點。在檢測上水是否完成的過程中。擬采用在太陽能熱水器溢水管處加裝霍爾水流傳感器來實現。對于自動停止上水，擬采用電機通過機械傳動帶動閥門實現。并使用數碼二極管電路顯示上水時間。其基本結構框圖如圖1所示:

圖1 基本結構框圖

(二)軟件流程方案

為實現系統所需功能該系統的基本流程為：首先按動按鈕，或者當滿足時間要求時單片機通過驅動電路驅動電機從而打開閥門使太陽能熱水器開始上水。當水上滿時，多余得水通過溢水管流出，使霍爾傳感器開始旋轉，產生脈沖信號，單片機接收到脈沖信號后，通過電機驅動電路驅動電機關閉閥門。從而達到當完成上水時，自動停止上水的目的。其基本流程圖如圖2所示:

圖2 基本流程圖

【參考文獻】

[1]陳曉明. 南方住宅太陽能熱水器的技術經濟性分析[D].南華大學,2010.

[2]祁嬌.基于系統動力學的太陽能熱水器市場預測分析[J].太陽能,2015(09):6-11.

[3]王磐. 太陽能熱水器在既有住宅中的應用研究[D].天津大學,2003.

[4]趙海鷗,李旭光,趙娟,李本華,許晶,陳年庚.不同傾角太陽能熱水器北京地區熱性能試驗研究[J].太陽能,2013(24):54-56+60.

[5]柳新.太陽能熱水器的維護保養方法[J].大眾用電,2017,32(05):49.

[6]海山,欒春娟.全球太陽能光伏產業法律政策分析及啟示[J].太陽能,2012(23):6-13.

[7]胡潤青,李俊峰.全球太陽能熱利用行業激勵政策及對我國的啟示[J].中國能源,2007(09):27-31.

[8]我國太陽能熱水器產業發展現狀及展望_劉文強[J].太陽能，2012(24):5—14.

[9]基于單片機的太陽能熱水器自動上水系統設計_嚴冬[J].2013(27):5-6.

[10]于璇.海爾太陽能:十年創新沉淀,發布五大黑科技[J].電器,2017(01):53.