太陽能冷暖空調(diào)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1、太陽能冷暖空調(diào)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案1 緒論目前市場上的空調(diào)器種類繁多 ，但社會(huì)上使用的空調(diào)系統(tǒng)主要還是以空氣源 熱泵作為冷熱源，由于其“室外機(jī)”受環(huán)境空氣季節(jié)性溫度變化規(guī)律的制約，夏 季供冷負(fù)荷越大時(shí)對(duì)應(yīng)的冷凝溫度越高而冬季供熱負(fù)荷越大時(shí)對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度 越低，為此增加了大量能耗。根據(jù)熱力學(xué)原理，降低冷凝溫度或提高蒸發(fā)溫度都 將提高制冷循環(huán)效率、節(jié)約能源。為此若能尋找到更理想的新熱源形式取代或部 分取代目前多采用的空氣熱源，無疑將有廣泛的應(yīng)用前景和明顯的節(jié)能效果。由 于太的輻射和土壤的保護(hù)，地下一米半處溫度常年保持在515C。我們生活的環(huán)境溫度隨著季節(jié)的不同，變化很大，冬季，北方最低氣溫零下40C，夏季

2、，南方最高氣溫零上40C。實(shí)際上，相對(duì)于環(huán)境溫度，冬季，地溫是一個(gè)巨大的 熱資源，夏季，地溫是一個(gè)巨大的冷資源。地溫中央空調(diào)的運(yùn)行原理 : 這項(xiàng)高新 技術(shù)根據(jù)可逆卡諾循環(huán)原理，利用地溫能源，冬天采用熱泵技術(shù)原理，通過熱交 換將地下水或土壤中的熱量提出用于室采暖 ，而夏天則利用地下土壤或地下水帶 走熱量，達(dá)到制冷效果。與地面上環(huán)境空氣相比，地溫中央空調(diào)利用地源熱泵技 術(shù),采用逆卡諾循環(huán)原理 , 利用水循環(huán)把地下水中的熱能收集起來 , 再進(jìn)行能量轉(zhuǎn) 換,制冷時(shí)出口溫度為 712 攝氏度,供熱時(shí)出口溫度為 4555 攝氏度。夏季室 溫度控制在 1822 攝氏度以下 , 在冬季可以用太陽能產(chǎn)生的熱量使

3、室溫保持在 1620 攝氏度, 是集制冷、供暖為一體的經(jīng)濟(jì)型中央空調(diào)。 太陽能冷暖空調(diào)是利 用先進(jìn)的超導(dǎo)傳熱貯能技術(shù)，集成了太陽能，超導(dǎo)地源制冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，最新研 發(fā)成功的一種高效節(jié)能的冷暖空調(diào)系統(tǒng) 。該系統(tǒng)的輸入端可以連接到太陽能集熱 板，超導(dǎo)地源低溫制冷系統(tǒng)。它的輸出端與室冷暖分散系統(tǒng)相連接。所有的連接 設(shè)備，均采用溫控系統(tǒng)集中自動(dòng)控制，是冬季采暖夏季制冷的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。 設(shè) 計(jì)中采用太陽能發(fā)電來為太陽能冷暖空調(diào)提供所需的高品位電能 , 是空調(diào)行業(yè)的 創(chuàng)新, 隨著人們對(duì)環(huán)境的重視。經(jīng)過近十幾年來 , 科學(xué)家的不斷探索 , 太陽能發(fā)電 技術(shù)已經(jīng)趨于成熟 , 我國太陽能資源豐富 ，全國總面積

4、2/3 以上地區(qū)年日照時(shí)數(shù) 大于 2000 個(gè)小時(shí)，與同緯度的其他國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優(yōu)越 得多。我國太陽能資源的理論儲(chǔ)量達(dá)每年 17000 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約等于數(shù)萬個(gè)三峽 工程發(fā)電量的總和。因而太陽能發(fā)電在我國很有發(fā)展?jié)摿?，用太陽能發(fā)電來滿足 空調(diào)所需電能 , 對(duì)我國能源的合理利用有著重要的意義。地源熱泵技術(shù)在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用 , 將大大緩解我國能源短缺問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國總的能源利用率約為 30，這僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家 50 年代的水平。我國建筑 耗能約占總耗能的 25，其中供熱采暖能耗約占一半。能源短缺導(dǎo)致中國的能 源價(jià)格越來越接近發(fā)達(dá)國家的水平。要在可利用能源每年增長率僅為3%5%

5、的條件下滿足國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)每年增長 8%9%,就必須重視節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn) 品的開發(fā)利用，這決定了必須在竅門和取暖這一耗能大項(xiàng)上有所改進(jìn)。中國建筑 科學(xué)研究院空調(diào)所指出,地源熱泵技術(shù)由于熱泵僅僅用來傳輸熱量,而不是產(chǎn)生 熱量,所需要的熱量有 70%來自地下,夏天制冷時(shí),用來將建筑物中的熱量傳 入地下所消耗的電力也非常少,因此可以大大緩解我國的能源壓力。同時(shí),地源熱泵技術(shù)是一項(xiàng)環(huán)保性技術(shù)。 分析和調(diào)查表明, 地源熱泵的應(yīng)用 將減輕臭氧層的破壞,對(duì)降低溫室效應(yīng)起了積極作用 , 這項(xiàng)技術(shù)和沼氣發(fā)電技術(shù) 在空調(diào)行業(yè)的聯(lián)合應(yīng)用將緩解城市空氣污染問題 , 符合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。2 設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要

6、求為：（1）設(shè)計(jì)出能利用太陽能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備來帶動(dòng)地溫空調(diào)。（2）利用水循環(huán)把地下水中的熱能收集起來 ,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換 , 進(jìn)行制冷、供 暖。（3）解決回灌井回灌效果不好（堵塞）問題。（4）解決水井管網(wǎng)排污、清洗管路中雜質(zhì)問題。（5）解決回灌水從井中溢出問題?；谏鲜鲆?, 所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須有以下結(jié)構(gòu)模塊： 光能電能轉(zhuǎn)化單元 , 能量收集及其轉(zhuǎn)化單元 , 常見問題的優(yōu)化單元。3 冷暖地溫空調(diào)工作原理及其設(shè)計(jì)與研究3.1 設(shè)計(jì)原理及其特點(diǎn)3.1.1 設(shè)計(jì)原理地溫中央空調(diào)采用逆卡諾循環(huán)原理 , （該原理是由兩個(gè)絕熱過程和兩個(gè)等溫 過程構(gòu)成的循環(huán)過程。 它是 1824年 N.L.S. 卡諾在對(duì)熱機(jī)

7、的最大可能效率問題作 理論研究時(shí)提出的。卡諾假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個(gè)恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量,沒有散熱、 漏氣等損耗。 為使過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程, 工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無溫度差的 等溫膨脹過程, 同樣,向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫壓縮過程。 因限制只與兩熱源交 換熱量,脫離熱源后只能是絕熱過程, 在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗?間工作的一切可逆熱機(jī)的效率都相等，與工作物質(zhì)無關(guān)，其中T1、T2分別是高溫和低溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度。 在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)的效率不可能大于可逆卡諾熱機(jī)的效率?？赡婧筒豢赡鏌釞C(jī)分別經(jīng) 歷可逆和不可逆的循環(huán)過程)利用水循環(huán)把地下水中的熱能收集起來，再進(jìn)行

8、能量轉(zhuǎn)換。再利用熱泵原理(熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是 從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對(duì)象，其工作原理與制冷 機(jī)相同)通過少量的電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移，利用水源熱泵機(jī) 組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制冷機(jī)組和鍋爐，以水為儲(chǔ)存和提取能量的基本介質(zhì)，借助壓縮機(jī) 系統(tǒng),消耗少量電能，在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水中。冬季則從水源中提取 熱量，以達(dá)到調(diào)節(jié)室溫度的目的。同時(shí)設(shè)計(jì)中利用太陽能發(fā)電來提供水空調(diào)所需 電能,是空調(diào)行業(yè)的創(chuàng)新。該機(jī)組設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，制冷制熱效率高，運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性 強(qiáng)，該機(jī)組最大優(yōu)點(diǎn)是：高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、運(yùn)輸、安裝、維修極為方便， 更加高的

9、取曖比。3.1.2特點(diǎn)(1) 高效 一般空調(diào)對(duì)著空氣換熱稱為風(fēng)冷熱泵，缺點(diǎn)在于天氣炎熱或者寒冷最需要冷量或熱量時(shí)效率反而下降。地溫一年四季基本恒定在16C左右，略高于該地區(qū)平均溫度1到2度，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效 率點(diǎn)，1kw的能量可供60-80平方米的建筑采暖、制冷。(2) 耗電省 冬季運(yùn)行時(shí)，COP勺為4.2，即投入1KW電能，可得到4KW 的熱能，夏季運(yùn)行時(shí)，COP可達(dá)5.3，投入1KW電能，可得到5KW的冷量，能源 利用效率為電采暖方式的3-4倍；并且熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜 的用電能耗。(3) 節(jié)省占地面積 省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場，節(jié)省

10、了 土地資源，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了建筑物的外部形象。(4) 經(jīng)濟(jì) 初投入低于其它中央空調(diào)機(jī)組，運(yùn)行費(fèi)用僅為其它型式空調(diào)機(jī)組 的50流右。(5) 可靠性高、壽命長 無故障運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間5萬小時(shí)，使用壽命 20-30年。(6) 環(huán)保 使用過程中不釋放任何對(duì)環(huán)境有害的排泄物， 井水回灌，不破壞 水資源。(7) 安全 不存在任何爆炸和燃燒的隱患，使用方便，適用面廣，既可用于 中草藥小區(qū)域取暖制冷，又可多機(jī)組合用于建筑群體。(8) 舒適適度除室濕度不過分干燥，而且相對(duì)濕度應(yīng)該始終保持在 60流 右人體最舒適水平，這樣就克服了井水空調(diào)過分潮濕和氟利昂空調(diào)過分干燥的缺 陷。(9) 健康 空氣凈化能力強(qiáng)，不斷

11、產(chǎn)生負(fù)離子，室溫柔和清涼爽快森林般自 然環(huán)境不生空調(diào)病。(10) 高效采用氣水分離技術(shù)提高水的密度提高水溫傳導(dǎo)效率，結(jié)合特制的蒸發(fā)器充分利用天然冷氣，空調(diào)出風(fēng)溫度接近于水溫，同等水溫條件下比用一般水溫空調(diào)明顯降低3-5C（11）一機(jī)多用 地源熱泵系統(tǒng)可供暖，空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用， 一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。（12）可再生土壤有較好的蓄熱性能冬季通過熱泵將淺層的低位熱能提高 對(duì)建筑供暖，同時(shí)蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物的熱量轉(zhuǎn)移到地 下對(duì)建筑進(jìn)行降溫，同時(shí)蓄存熱量，以備冬用，保證熱量的平衡。（13）可分區(qū)控制 中央空調(diào)享受的檔次，又可達(dá)到單體空調(diào)局部

12、控制的效 果，不存在“大馬拉小車”。3.2設(shè)計(jì)選型要求3.2.1工程設(shè)計(jì)要求1、機(jī)房可選地下室、地面、樓層中、屋頂，但以地面為最佳。2、機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可按土建靜負(fù)荷加 10%考慮。3、機(jī)組組合間距螺桿為1400-1800mm其余為600-800mm4、機(jī)房應(yīng)保證通風(fēng)良好。5、機(jī)房應(yīng)設(shè)排水，機(jī)組周邊設(shè)置排水溝，溝上設(shè)金屬篦子，地下室機(jī)房應(yīng) 設(shè)置集水坑和潛水泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排水。3.2.2水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1、機(jī)組冷凍水，冷卻水入口必須設(shè)過濾器。2、機(jī)組冷凍水，冷卻水出口和入口中必須設(shè)置減振接頭，各水泵進(jìn)出口必 須設(shè)減振接頭。3、管道閥門設(shè)置位置應(yīng)考慮操作，拆卸方便。4、管道最低處應(yīng)設(shè)排水裝置，最高處應(yīng)設(shè)自

13、動(dòng)排氣裝置。5、機(jī)組接管附近應(yīng)設(shè)壓力表和溫度計(jì)。3.2.3電氣控制要求1、機(jī)房電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)施工，應(yīng)按照國家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。2、機(jī)組本身帶控制柜，實(shí)行智能控制。3、機(jī)組及電機(jī)均應(yīng)有可靠接地。注：若需提供衛(wèi)生熱水，應(yīng)特別說明。3.3太陽能一電能轉(zhuǎn)化技術(shù)研究太陽能轉(zhuǎn)化為電能有2種主要途徑：一種是通過光電裝置將太直接轉(zhuǎn)化為電 能,即“太發(fā)電”，常稱為“光伏發(fā)電”；另一種是收集太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能 即“太陽熱發(fā)電”。本文設(shè)計(jì)中所使用的太陽能一電能轉(zhuǎn)化裝置是光伏發(fā)電與光熱發(fā)電技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的331光伏發(fā)電技術(shù)(1)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成部分及工作原理太陽輻射的光子帶有能量，當(dāng)光子照射半導(dǎo)體材料時(shí)，光能便轉(zhuǎn)換為電能

14、，這 個(gè)現(xiàn)象叫“光伏效應(yīng)”。太陽能光伏發(fā)電，光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生 伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太 陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。其電路圖如圖1所示,KVCC工K3R96O42VRR1KRR1KC4 100uFS12V圖1光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路圖光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池將太能直接轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)出的直流電采用蓄電池組儲(chǔ)存，使用時(shí)經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電送給用 戶。它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件。太陽能光伏發(fā)電的最基 本元件是太陽能電池(片)。目前

15、，單晶硅和多晶硅電池用量最大，非晶 硅電池用于一些小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源等。所以，光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護(hù)簡便。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，蓄 電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備 組成其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2，圖2光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1）太陽能電池是光伏發(fā)電的核心部件，能夠?qū)⒐饽苤苯愚D(zhuǎn)化為電能，發(fā)電時(shí) 常將太陽能電池組件按一定方式排列成方陣，提高太陽能利用效率。太陽電池是 一對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。太陽能光伏發(fā)電的最基本元 件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前， 單晶硅和多晶硅電池用量最大，非晶硅電池用于一些

16、小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助 電源等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得 N型硅，形成P-N結(jié)。當(dāng)光線照射太陽電池表面時(shí)， 一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越 遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè) 過程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。目前應(yīng)用較廣的太陽能電池 有單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜 3種，轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到20流右，具體數(shù)據(jù)見 表1， 它的轉(zhuǎn)換效率取決于 下，根據(jù)負(fù)載匹配原理表1太陽能電池轉(zhuǎn)換效率太陽能電池作為將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的

17、主要轉(zhuǎn)換器件， 諸多因素，如溫度、光照情況負(fù)載硅數(shù)等.在一定條件下 適當(dāng)調(diào)整匹配參數(shù)，.使太陽能電池出力達(dá)到最大是太陽能電池的最大功率點(diǎn)問題（MaximumPower Point，簡稱MP.P。在小型太陽能發(fā)電裝置中，為了提高發(fā)電效率，世界一技太陽跟蹤技術(shù)所產(chǎn)生的發(fā)電效益。太陽能電池板輸出伏安特性存在最大功率點(diǎn)， 輸出電壓過 高或過低，輸出電流過高或過低，都會(huì)影響太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。 而負(fù)載 很難為了迎合最大功率點(diǎn)的要求去調(diào)整它的阻抗， 所以目前普遍的做法是在太陽 能電池板和負(fù)載之間加入DC-DC轉(zhuǎn)換電路，使輸入和輸出阻抗實(shí)現(xiàn)匹配。其中， DC-DC轉(zhuǎn)換電路主要有Buck電路，Boost

18、電路和SEPIC電路等。a. Buck電路分析典型的Buck電路如圖3所示，它是一種降壓電路，輸出電壓Vo低于或等于 輸入電壓Vi。忽略電路的能量損失，電路的效率 =1，則輸入功率等于輸出功率 Pi = P0，即：Vi Ii =Vo Io ，V0/Vi =lo/li=Dc, (2)O圖3 Buck電路在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，VQ是太陽能電池板的輸出電壓，Io是太陽能電池板輸 出電流，它們隨光照強(qiáng)度和溫度發(fā)生變化為了使太陽能電池板輸出最大功率， 調(diào)整電子開關(guān)S的脈沖占空比，使Vi、Ii始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這就是 MPP 的工作原理假設(shè)電路為純電阻性負(fù)載 Ro由(2)式可知Ri=Vi/li, R

19、o=Vo/lo, (3) Ro/Ri=(li/lo)2 = Dc2， Ro=Dc2Ri,(5)其中Ri是Buck電路的等值入口阻抗。由于Buck電路的輸出電壓Vo不可能高于輸入 電壓Vi，根據(jù)(2)式得Dc1。由(5)式有RovRi。根據(jù)以上分析得出如下結(jié)論：假設(shè)太陽能電池板在一定條件下的最大功率點(diǎn) 為Pm (Vm Im)，其等值阻抗Rm=Vm/lm,只有在負(fù)載阻抗?jié)M足RoRm 0A弋 表另一種負(fù)載特性，其等值電阻Ro2Rm顯然根據(jù)前面的結(jié)論，只有在后一種情 況下才可能通過調(diào)整S開關(guān)的占空比實(shí)現(xiàn)MP跟蹤.因?yàn)樵谔柲茈姵匕遢敵鎏匦?的DP段滿足VoVi，而此段有Ro1,因此其結(jié)論為：假定太陽能

20、電池板在一定條 件下的最大功率點(diǎn)為Pm(Vm,lm),其等值阻抗Rm=Vm/Im只有在負(fù)載阻抗RoRM 的條件下才能實(shí)現(xiàn)MPP艮蹤。圖解說明如圖3所示，只有在輸出特性如0B寸才可能調(diào)整S的占空比，實(shí)現(xiàn)MP跟蹤。Boost電路如圖4所示,c. SEPIC電路分析典型的SEPIC電路如圖6所示，它的輸入電壓和輸出電壓可以為任意比例，其計(jì)算式為 Vo/Vi= a /1 - a，（ 6）其中表示S開關(guān)的占空比，即ton=T，T為S開關(guān)的周期由（6）式可知，改變既 可以使VoVi，也可以使VovVi. SEPIC電路的這一特性顯然更具靈活性，目前SEPIC 電路在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中被廣泛采用.SEPIC電

21、路如圖6所示，圖6 SEPIC電路2）充放電控制器主要對(duì)蓄電池組實(shí)施監(jiān)控，是能自動(dòng)防止蓄電池過充電和 過放電的設(shè)備。 雙電壓比較器LM393兩個(gè)反相輸入端腳和腳連接在一起， 并由穩(wěn)壓管ZD1提供6.2V的基準(zhǔn)電壓做比較電壓，兩個(gè)輸出端腳和腳分別 接反饋電阻，將部分輸出信號(hào)反饋到同相輸入端腳和腳，這樣就把雙電壓比較器變成了雙遲滯電壓比較器，可使電路在比較電壓的臨界點(diǎn)附近不會(huì)產(chǎn)生振 蕩。R2 RP1 C1、A1、Q1、Q2和J1組成過充電壓檢測(cè)比較控制電路；R3 RP2C2、A2、Q3 Q4和J2組成過放電壓檢測(cè)比較控制電路。電位器 RP1和RP2起調(diào) 節(jié)設(shè)定過充、過放電壓的作用?？烧{(diào)三端穩(wěn)壓器L

22、M371提供給LM393穩(wěn)定的8V 工作電壓。被充電電池為 12V65Ah全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；太陽電池用一塊 40W硅太陽電池組件，在標(biāo)準(zhǔn)光照下輸出18V、2.3A左右的直流工作電壓和電流； D1是防反充二極管，防止硅太陽電池在太較弱時(shí)成為耗電器。當(dāng)太照射的時(shí)候，硅太陽電池組件產(chǎn)生的直流電流經(jīng)過 J1-1常閉觸點(diǎn)和R1, 使LED1發(fā)光，等待對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；K閉合，三端穩(wěn)壓器輸出8V電壓，電 路開始工作，過充電壓（ 14.5 ）檢測(cè)比較控制電路和過放電壓（V 11.5 ）檢測(cè) 比較控制電路同時(shí)對(duì)蓄電池端電壓進(jìn)行檢測(cè)比較。當(dāng)蓄電池端電壓小于預(yù)先設(shè)定的過充電壓值時(shí)，A1的腳電位高于腳電位，腳

23、輸出低電位使Q1截止，Q2導(dǎo)通，LED2發(fā)光指示充電，J1動(dòng)作，其接點(diǎn)JI-1轉(zhuǎn)換位置，硅太陽電池組件通 過對(duì)蓄電池充電。蓄電池逐漸被充滿，當(dāng)其端電壓大于預(yù)先設(shè)定的過充電壓值時(shí)， A1的腳電位低于腳電位，腳輸出高電位使Q 1導(dǎo)通，Q2截止，LED2熄滅， J1釋放，JI-1斷開充電回路，發(fā)光，指示停止充電。當(dāng)蓄電池端電壓大于預(yù)先設(shè)定的過放電壓值時(shí)，A2的腳電位高于腳電位，腳輸出高電位使Q3導(dǎo)通， Q4截止，LED3熄滅，J2釋放。其常閉觸點(diǎn)J2-1閉合，LED4發(fā)光，指示負(fù)載工 作正常；蓄電池對(duì)負(fù)載放電時(shí)端電壓會(huì)逐漸降低，當(dāng)端電壓降低到小于預(yù)先設(shè)定的過放電壓值時(shí)，A2的腳電位低于腳電位，腳輸出

24、低電位使Q3截止，Q4導(dǎo)通，LED3發(fā)光指示過放電，J2動(dòng)作，其接點(diǎn)J2-1斷開，正常指示燈LED4熄 滅。切斷負(fù)載回路，避免蓄電池繼續(xù)放電。閉合K，蓄電池又充電。其電路圖如圖7，R26.2KLM317IR1210K2 4R1410K881.3KR：R5290R13 10K10K lM393AR410uFR62KZD1C2 6.2V10uF_ 4 C3=10uFR7 -812K10KU?100U1 R10R910KLMU93J2-1充電指示正常指示Q 4R154KR164KR174K圖7充放電電路控制3）蓄電池組其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。太陽能電池發(fā)電對(duì)所

25、用蓄電池組的基本要：a.自放電率低;b.使用壽命長；c.深放電能力強(qiáng)；d.充電效率高；e.少維護(hù)或免維護(hù)；f. 工作溫度圍寬；g.價(jià)格低廉。蓄電池組是系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置 ，在發(fā)電充足時(shí)儲(chǔ)存電 能,在夜間或日照不足時(shí)向負(fù)荷供電，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的 充放電控制器是必不可少的設(shè)備。4）逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行 的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太 陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。電壓型逆變器如圖8所示和電路圖如圖

26、9所示，VCCSG12V. I .C4100uF圖9電壓型逆變器電路圖a. 功率轉(zhuǎn)換是逆變器的核心，它把12V的直流電變換成50 Hz、220 V的交 流電，其關(guān)鍵部件為四只大功率MOS場效應(yīng)晶體管和一只12 /220 V高效變壓器。b. 穩(wěn)壓及過流保護(hù)電路的作用是把輸出電壓和輸出電流的波動(dòng)反饋至控制 回路，以使達(dá)到穩(wěn)壓和過流保護(hù)的目的。c. 輸出顯示將輸出電壓用指針表顯示，電源的工作狀態(tài)用指示燈指標(biāo)。5) 太陽跟蹤控制系統(tǒng)由于相對(duì)于某一個(gè)固定地點(diǎn)的太陽能光伏發(fā)電系 統(tǒng)，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在變 化，如果太陽能電池板能夠時(shí)刻正對(duì)太陽，發(fā)電效率才會(huì)達(dá)到最佳狀態(tài)

27、。 目前世界上通用的太陽跟蹤控制系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點(diǎn)的經(jīng)緯度等信息計(jì) 算一年中的每一天的不同時(shí)刻太陽所在的角度，將一年中每個(gè)時(shí)刻的太陽 位置存儲(chǔ)到PLC單片機(jī)或電腦軟件中，也就是靠計(jì)算太陽位置以實(shí)現(xiàn)跟蹤。采用的是電腦數(shù)據(jù)理論，需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定，一旦安裝， 就不便移動(dòng)或裝拆，每次移動(dòng)完就必須重新設(shè)定數(shù)據(jù)和調(diào)整各個(gè)參數(shù)；原 理、電路、技術(shù)、設(shè)備復(fù)雜，非專業(yè)人士不能夠隨便操作本控制系統(tǒng)的控制器為計(jì)算機(jī)，通過過程輸入輸出通道發(fā)送信號(hào)到直 接控制部件，直接控制部件由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器組成，然后步進(jìn)電機(jī)帶 動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)部件產(chǎn)生反饋信號(hào)到計(jì)算機(jī)。檢測(cè)部件由光電傳感 器和光電檢測(cè)電路組

28、成?？刂葡到y(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖11所示，圖10太陽跟蹤控制系統(tǒng)圖本系統(tǒng)是同時(shí)采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方法和光電跟蹤方法來完成一次跟蹤。 兩種跟蹤方法在系統(tǒng)中的關(guān)系如圖12所示，視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤 理論計(jì)杠8 Ys曲進(jìn)電機(jī)一執(zhí)預(yù)愣正量也Cl (AT t）半JjAQ ATL.f1圖11兩種跟蹤方法在系統(tǒng)中的關(guān)系開始跟蹤時(shí)， 系統(tǒng)首先采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的跟蹤方法， 在地平坐標(biāo)系中 根據(jù)太陽軌跡的算法求出一日某時(shí)刻太陽的高度角厶a s、和方位角厶？ s的理論值，再加上系統(tǒng)的預(yù)修正量 a s? s，若系統(tǒng)是第一次運(yùn)行，那么在第 一步跟蹤動(dòng)作里預(yù)修正量為 0，但第一步跟蹤動(dòng)作里的光電跟蹤會(huì)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)修 正量，

29、作為第二步的預(yù)修正量，并且第二步的光電跟蹤對(duì)此預(yù)修正量進(jìn)行調(diào)整， 調(diào)整量 a ?為光電跟蹤調(diào)整電機(jī)再次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。調(diào)整后的預(yù)修正量作 為第三步跟蹤動(dòng)作的預(yù)修正量，每步跟蹤的預(yù)修正量Aa s、 ? s與上一步的預(yù)修正量Aa so、A ? so和調(diào)整量Aa、A ?的關(guān)系如下式所示：Aa s =Aa so+Aa，A ? s=A ? so+ A ? 。式中Aa、A ?高度角、方位角的預(yù)修正量；Aa so、A ? so上一步高度角、方位角的預(yù)修正量；Aa 、 A ? 高度角、方位角的調(diào)整量。 當(dāng)調(diào)整電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)整量為正，反之為負(fù)。 當(dāng)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)， 最后一步的預(yù)修正量將被程序儲(chǔ)存， 下次開機(jī)時(shí)直接調(diào)用系

30、統(tǒng)儲(chǔ)存的此預(yù)修正量。當(dāng)視日理論軌跡 a s、？ s和預(yù)修正Aa s、A ? s,確 定的跟蹤誤差足夠小時(shí)，調(diào)整量為零 Aa 、A ? ，不再對(duì)預(yù)修正量進(jìn)行調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在垂直方向和水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度， 角度為 預(yù)修正量和視日運(yùn)動(dòng)軌跡理論值之和。然后采用光電跟蹤的方法， 傳感器光敏二極管感應(yīng)太強(qiáng)度， 然后由光電檢測(cè) 電路產(chǎn)生反饋信號(hào)到計(jì)算機(jī)， 控制程序運(yùn)行相應(yīng)處理反饋信號(hào)的代碼輸出脈沖信 號(hào)，調(diào)整電機(jī)的角度， 使太陽能采光板的平面再次與入射光線垂直， 此次調(diào)整電 機(jī)再次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度作為預(yù)修正量的調(diào)整量。 并且將調(diào)整量與預(yù)修正量的和作為新 的預(yù)修正量的值貯存供下步跟蹤使用。 至此

31、， 系統(tǒng)完成一步跟蹤動(dòng)作。 因此系統(tǒng) 控制機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)所轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際角 a、 ? 由下式計(jì)算 ：a =Aa +Aa s+a s，? =A ? +A ? s+? s，式中 a、 ? 實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 ；Aa s、A ? s高度角方位角的預(yù)修正量；Aa、A ? 高度角、方位角的調(diào)整量 ；a s、? s高度角、方位角的理論計(jì)算值。當(dāng)光線強(qiáng)度不夠時(shí)，或者視日運(yùn)動(dòng)軌跡理論計(jì)算值和預(yù)修正量確定的跟蹤 誤差足夠小時(shí)， 由于光電檢測(cè)電路不產(chǎn)生信號(hào)， 光電跟蹤方法的產(chǎn)生調(diào)整量為零，系統(tǒng)以視日運(yùn)動(dòng)軌跡理論計(jì)算值和既定的預(yù)修正量進(jìn)行跟蹤， 此時(shí)的跟蹤 角度可以認(rèn)為是最佳角度。系統(tǒng)在運(yùn)行到日落時(shí)刻時(shí)，會(huì)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度

32、返回到系統(tǒng)的基準(zhǔn)位置。 系統(tǒng)的基準(zhǔn)位置即采光板正面正對(duì)當(dāng)?shù)卣戏剑宜降奈恢谩?2)光伏發(fā)電的難點(diǎn)及對(duì)策太陽能光伏發(fā)電不消耗燃料，清潔無污染，在實(shí)際應(yīng)用中解決了世界上許多 特殊地區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的用電問題。隨著政府的政策扶植和投資者增加，目前光伏發(fā)電進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展期，但總體來看，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，主要 是由于太陽能發(fā)電初期投資大，控制成本高，而太陽能轉(zhuǎn)化效率比較低，且容易受 天氣等多種因素影響。根據(jù)目前光伏發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r和其技術(shù)難點(diǎn)，未來的光伏發(fā)電研究需要重視以 下幾個(gè)方面：一是加快太陽能原材料晶體硅生產(chǎn)技術(shù)的研究和新型替代材料的 開發(fā)，降低材料成本并提高其轉(zhuǎn)化效率；二是提高系統(tǒng)控制

33、技術(shù)，如達(dá)到光伏 電池陣列的最優(yōu)化排列組合、實(shí)現(xiàn)太最大功率跟蹤等；三是研究光伏發(fā)電的并網(wǎng) 技術(shù)，減少光伏電能對(duì)電網(wǎng)的沖擊；四是研究光伏發(fā)電與其他可再生能源發(fā)電 技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，保證供電持續(xù)性。332太陽熱發(fā)電技術(shù)(1)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成部分及工作原理太陽能熱發(fā)電是利用太陽的熱能發(fā)電，利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收 集太陽熱能，通過換熱裝置提供蒸汽，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)的工藝，從而 達(dá)到發(fā)電的目的。采用太陽能熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工 藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。而且，這種形式的太陽能利用還有 一個(gè)其他形式的太陽能轉(zhuǎn)換所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，即太陽能所燒熱的水可以 儲(chǔ)存在巨大的容器中，在太陽

34、落山后幾個(gè)小時(shí)仍然能夠帶動(dòng)汽輪發(fā)電。通過集熱裝置將太陽輻射的熱能集中，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。熱發(fā)電系統(tǒng)一般包括集熱系 統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱機(jī)、發(fā)電機(jī)等。集熱系統(tǒng)聚集太陽能后，經(jīng)過熱傳輸系統(tǒng)將熱能傳給熱機(jī)，并由熱機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。其系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)如下圖13所示，圖12熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于通常入射到地球表面的太陽能是廣泛而分散的，要充分收集并使之發(fā)揮熱能效益，就必須采取一種能把太發(fā)射并集中在一起，變成熱能的系統(tǒng)。(2)太陽能熱電裝置工作原理a.太陽輻射能量q=/E（入）d 入（W/ m2）式中，E(入)經(jīng)過大氣層吸收后的太譜的輻照度。圖13太陽輻射能量分布圖圖中有兩條曲線AM和AM1.5

35、,其中AM曲線表示在地球大氣層外接收到的太 陽輻射能，AM1.5曲線表示通過大氣層以后的太陽輻射能。在太陽輻射通過大氣 層后，由于空氣以及塵埃的吸收，會(huì)有一定的損失，當(dāng)其到達(dá)地面時(shí)，強(qiáng)度大小 為 835W/m。b.太陽能熱電裝置太陽能熱電裝置的原理是將聚焦后的太照射在熱電裝置上，并通過半導(dǎo)其原理圖如圖14所示,圖14太陽能熱電裝置簡圖聚光后的熱流密度為:qo=q. ? .A1/A2，式中，A1定日鏡總面積；A2裝置接收面積；？一聚光效率 若定義A1/A2的比值為聚光比Cg,則聚光后的熱流密度可表示為q0=q. ? . C g。(3) 目前常用的有 2種方法 : 一種是將太發(fā)射并集中在一起 ,

36、稱為聚光式 ; 另一種方法是直接利用太陽熱能 , 稱為聚熱式。 采用前者的有塔式、 槽式和盤式 等太陽熱發(fā)電技術(shù) ; 采用后種方式的有太陽煙囪和太陽池等發(fā)電技術(shù)。太陽能 熱發(fā)電形式有槽式,塔式,碟式三種系統(tǒng)。槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng), 是將多個(gè)槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)的排列,加熱工質(zhì),產(chǎn)生高溫 蒸汽,驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。國槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀20 世紀(jì) 70年代,在槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)方面,中科院和中國科技大學(xué)曾做過單元 性試驗(yàn)研究。進(jìn)入 21 世紀(jì),聯(lián)合攻關(guān)隊(duì)伍,在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的太方位 傳感器、自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、槽式拋物面反射鏡、槽式太陽能接收

37、器方面取得 了突破性進(jìn)展。由于反射鏡是固定在地上的,所以不僅能更有效地抵御風(fēng) 雨的侵蝕破壞,而且還大大降低了反射鏡支架的造價(jià)。更為重要的是,該 設(shè)備技術(shù)突破了以往一套控制裝置只能控制一面反射鏡的限制。我們采用 菲涅爾凸透鏡技術(shù)可以對(duì)數(shù)百面反射鏡進(jìn)行同時(shí)跟蹤,將數(shù)百或數(shù)千平方 米的聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上 (聚光度約 50倍,可以產(chǎn)生三、 四百度的高溫) , 采用菲涅爾線焦透鏡系統(tǒng),改變了以往整個(gè)工程造價(jià)大部分為跟蹤控制系 統(tǒng)成本的局面,使其在整個(gè)工程造價(jià)中只占很小的一部分。同時(shí)對(duì)集熱核 心部件鏡面反射材料,以及太陽能中高溫直通管采取國產(chǎn)化市場化生產(chǎn), 降低了成本,并且在運(yùn)輸安裝費(fèi)用上降低大量費(fèi)用。

38、這兩項(xiàng)突破徹底克服 了長期制約太陽能在中高溫領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)障礙,為實(shí)現(xiàn)太陽能中 高溫設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化運(yùn)作開辟了廣闊的道路。太陽能塔式發(fā)電是應(yīng)用的塔式系統(tǒng)。塔式系統(tǒng)又稱集中式系統(tǒng)。它是 在很大面積的場地上裝有許多臺(tái)大型太陽能反射鏡,通常稱為定日鏡,每 臺(tái)都各自配有跟蹤機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確的將太反射集中到一個(gè)高塔頂部的接受器上。 接受器上的聚光倍率可超過 1000 倍。在這里把吸收的太能轉(zhuǎn)化成熱能,再 將熱能傳給工質(zhì),經(jīng)過蓄熱環(huán)節(jié),再輸入熱動(dòng)力機(jī),膨脹做工,帶動(dòng)發(fā)電 機(jī),最后以電能的形式輸出。主要由聚光子系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)等部分組成。太陽能碟式發(fā)電也稱盤式系統(tǒng)。主要特征

39、是采用盤狀拋物面聚光集熱 器,其結(jié)構(gòu)從外形上看類似于大型拋物面雷達(dá)天線。由于盤狀拋物面鏡是一種點(diǎn)聚焦集熱器，其聚光比可以高達(dá)數(shù)百到數(shù)千倍，因而可產(chǎn)生非常高 的溫度。三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示階槽式系統(tǒng)塔式系統(tǒng)碟式系統(tǒng)規(guī)模30-320兆瓦10-20兆瓦5-25兆瓦運(yùn)行溫度（C）390/734565/1049750/1382年容量因子23%-50%20%-77%25%峰值效率20%23%24%年凈效率11%-16%7%-20%12%-25%可否儲(chǔ)能有限制可以蓄電池段，有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。三種系統(tǒng)均可單獨(dú)使用太陽能運(yùn)行，安 裝成燃料混合（如與天然氣、生物質(zhì)氣等）

40、互補(bǔ)系統(tǒng)是其突出的優(yōu)點(diǎn)，其 性能比較如表2所示，表2三種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)性能比較互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以可以可以美兀/平方米6302754752003.100320美元/瓦4.02.74.42.512.61.3美元/峰瓦4.01.32.40.912.61.1太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的問題及對(duì)策太陽熱發(fā)電系統(tǒng)一般都屬于大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)，只有做成幾十到幾百兆瓦級(jí)的 發(fā)電站，成本才可能降下來。但要實(shí)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)低成本的投資和技術(shù)上 的高可靠性運(yùn)行這要求未來在技術(shù)上要進(jìn)行新型集熱材料的研究和開發(fā)，快速提高跟蹤機(jī)構(gòu)的技術(shù)并降低其實(shí)現(xiàn)成本。同時(shí)發(fā)電產(chǎn)業(yè)要努力實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?，建立大規(guī)模的并網(wǎng)系統(tǒng)，既節(jié)約成本，又保證系統(tǒng)平穩(wěn)安

41、全運(yùn)行。333光伏發(fā)電與光熱發(fā)電技術(shù)結(jié)合從以上光伏發(fā)電和太陽熱發(fā)電技術(shù)的工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們可以看出太陽能光伏發(fā)電原理簡單，使用靈活方便，但是容易受到影響，尤其在缺乏太時(shí) 就不能夠發(fā)電。而在實(shí)際應(yīng)用中,太陽能電池轉(zhuǎn)換效率比較低,大約20% , 80% 照射到電池表面上的太陽能未能轉(zhuǎn)換為有用能量 ，相當(dāng)一部分能量轉(zhuǎn)化成為熱 能，使電池溫度升高，導(dǎo)致電池效率下降。為提高太陽能利用效率，充分利用太陽熱能并盡可能保持光伏電池的轉(zhuǎn)換 效率，可以在電池背面敷設(shè)流體通道帶走熱量以降低電池溫度，再附設(shè)儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存熱能，在夜晚或天氣不好時(shí)用來發(fā)電。由此可以大膽構(gòu)造出一個(gè)太陽能光 伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電相結(jié)合的

42、聯(lián)合系統(tǒng)。這種系統(tǒng)既提高了光伏發(fā)電的利用效 率又有效利用了吸收的熱能，整體效率要比單一的光伏或太陽能熱發(fā)電要高，同時(shí)又可以解決太陽能發(fā)電不連續(xù)的弱點(diǎn)。 依據(jù)上述構(gòu)想，可以設(shè)計(jì)這樣一種聯(lián)合 的發(fā)電系統(tǒng),其原理結(jié)構(gòu)圖如圖15所示，高需高壓水蒸汽*r /I I T儲(chǔ)能偉輸設(shè)備逆査器圖15光伏與光熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電和太陽熱發(fā)電聯(lián)合系統(tǒng)由太陽能電池板和集熱器組合陣列、蓄能裝置、低溫渦輪發(fā)電機(jī)、蓄電池、控制器、逆變器以及負(fù)載組成。該系統(tǒng)采用了集 光和集熱相結(jié)合的方式，收集模塊上層為光伏電池板，下部分敷設(shè)一種新型的 吸熱管，它最大的特點(diǎn)是在溫度達(dá)到一定程度時(shí)直接產(chǎn)生高溫高壓的水蒸汽，不再需要傳熱介質(zhì)回路

43、，節(jié)約了系統(tǒng)成本。低溫渦輪發(fā)電機(jī)是一種特殊的渦輪電 機(jī)，它在低溫15 C左右時(shí)仍能夠發(fā)電。在白天充足時(shí)，光伏電池將照射在表面的太能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)逆變器將電能送給用戶，對(duì)大型系統(tǒng)或可調(diào)度系統(tǒng)可加設(shè)蓄電池，儲(chǔ)蓄電能。同時(shí)吸熱管將吸 收太陽熱能，將產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)傳輸設(shè)備送到蓄能裝置儲(chǔ)存起來。蓄能裝置部裝 設(shè)調(diào)節(jié)裝置，自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)能量輸出，控制低溫渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，在白天無光照 時(shí)間或者夜間維持系統(tǒng)持續(xù)供電。在理想的條件下 ，若系統(tǒng)的配置足夠合理，可 以保證向負(fù)載24h供電，解決太陽能發(fā)電不連續(xù)的弱點(diǎn)。3.4地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)3.4.1地源分類地源按照室外換熱方式不同可分為三類：（1） 土壤埋盤管系統(tǒng)；

44、（2）地下水系 統(tǒng)；（3）地表水系統(tǒng)；如下圖16所示，3T 冏番閉珞睛嫌圖16地源三種分類根據(jù)循環(huán)水是否為密閉系統(tǒng)，地源又可分為閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)如埋 盤管方式（垂直埋管或水平埋管），地表水安置換熱器方式。開環(huán)系統(tǒng)如抽取地下 水或地表水方式。此外，還有一種“直接膨脹式”，它不像上述系統(tǒng)那樣采用中間介質(zhì)水來傳 遞熱量，而是直接將熱泵的一個(gè)換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進(jìn)行換熱。342地源熱泵工作原理地源熱泵是利用淺層地能進(jìn)行供熱制冷的新型能源利用技術(shù)，是熱泵 的一種，熱泵是利用卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)原理轉(zhuǎn)移冷量和熱量的設(shè)備。地 源熱泵通常是指能轉(zhuǎn)移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方。通常熱 泵都

45、是用來做為空調(diào)制冷或者采暖用的。地源熱泵還利用了地下土壤巨大 的蓄熱蓄冷能力，冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物，夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物，一個(gè)年度形成一個(gè)冷熱循環(huán)。具體原理是可以分為 兩個(gè)工作循環(huán)，即制冷劑循環(huán)回路和水循環(huán)回路，其工作流程如圖8所示。在制 冷劑的循環(huán)回路中，壓縮機(jī)吸入溫度較高的低壓制冷劑蒸汽，將其壓縮成為高溫 高壓的氣體，再將這些高溫高壓氣體送入冷凝器中去進(jìn)行熱量交換。水循環(huán)回路中，冷水在水泵的作用下，進(jìn)入到冷凝器，在冷凝器中與高溫高壓氣體進(jìn)行熱交 換，制成熱水。同時(shí)，冷凝器中的高溫高壓氣體變成了低溫低壓的氣體或液體，送入儲(chǔ)液罐。制冷劑從儲(chǔ)液罐中輸出后，經(jīng)過濾器、膨

46、脹閥，進(jìn)入蒸發(fā)器從空氣 中吸熱而蒸發(fā)。然后，制冷劑蒸汽再次被壓縮機(jī)吸入，開始下一個(gè)循環(huán)。通過這 樣反復(fù)的循環(huán)工作，從而達(dá)到對(duì)水箱中的水加熱的目的。其工作原理如圖17所示，圖17熱泵工作流程圖制冷模式 在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，使其進(jìn) 行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過冷媒/空氣熱交換器冷媒的蒸發(fā)將室空氣循環(huán)所需攜 帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)，再通過冷媒/水熱交換器冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收， 最終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至土壤里。 在室 熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過冷媒一空氣熱交換器，以13-7C的冷風(fēng)的形式為房間供冷。工藝流程如圖18所示，圖18地源熱泵工作

47、原理（制冷模式）供暖模式在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功， 并通過水路切換將水流動(dòng)方向切換。由地下的水路循環(huán)吸收地下水或土壤的熱量，通過冷媒/水熱交換器冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同 時(shí)，再通過冷媒/水熱交換器冷媒的冷凝，由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。 在地下熱量不斷轉(zhuǎn)移至室的過程中，以 35-50C的熱風(fēng)的形式向室供暖。工藝流 程如圖19所示，圖19地源熱泵工作原理（制熱模式）343地源熱泵應(yīng)用方式地源熱泵從應(yīng)用的建筑物對(duì)象分可分為家用和商用兩大類，從輸送熱量方式分可分為集中系統(tǒng)、分散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。家用系統(tǒng)：用戶使用自己的熱泵、地源和水路或風(fēng)管輸

48、送系統(tǒng)進(jìn)行冷熱供應(yīng)， 多用于小型住宅，別墅等戶式空調(diào)。集中系統(tǒng)：熱泵布置在機(jī)房，冷熱量集過風(fēng)道或水路分配系統(tǒng)送到各房間。分散系統(tǒng)（又稱水環(huán)路熱泵系統(tǒng)）：用中央水泵，采用水環(huán)路方式將水送 到各用戶作為冷熱源，用戶單獨(dú)使用自己的熱泵機(jī)組調(diào)節(jié)空氣。一般用于辦公樓、 學(xué)校、商用建筑等，此系統(tǒng)可將用戶使用的冷熱量完全反應(yīng)在用電上，便于計(jì)量，適用于目前的獨(dú)立熱計(jì)量要求。混合系統(tǒng)：將地源和冷卻塔或加熱鍋爐聯(lián)合使用作為冷熱源的系統(tǒng)，混合系統(tǒng)與分散系統(tǒng)非常類似，只是冷熱源系統(tǒng)增加了冷卻塔或鍋爐。 南方地區(qū)，冷負(fù) 荷大，熱負(fù)荷低，夏季適合聯(lián)合使用地源和冷卻塔，冬季只使用地源；北方地區(qū)， 熱負(fù)荷大，冷負(fù)荷低，冬季適

49、合聯(lián)合使用地源和鍋爐，夏季只使用地源。這樣可 減少地源的容量和尺寸，節(jié)省投資。3.5熱泵控制系統(tǒng)分析及其設(shè)計(jì)方案 3.5.1熱泵控制器硬件設(shè)計(jì)熱泵的主要控制點(diǎn)有：水泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、除箱電磁閥等。由于這些控制 點(diǎn)都是開關(guān)量控制，因此可以采用繼電器控制。1) 87LPC767 和簡介該控制器采用PHILIPHS公司的工業(yè)級(jí)芯片87LPC767和87LPC762作為系統(tǒng)的微控制器。該系列單片機(jī)采用80C51加速處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)的 8051CPU的2倍，因而最大程度地減少了電磁輻射和功耗， 提高了系統(tǒng)的抗干擾 能力。它與普通S0C51單片機(jī)指令兼容，并提供了低系統(tǒng)成本、低功耗及少數(shù)的

50、IC引腳。它建了許多周邊電路，如電源檢測(cè)、模擬功能、串口以RT及RC振蕩看門狗電路、電源監(jiān)控電路等。其中87LPC767具有4路8位AD轉(zhuǎn)換器，能夠滿 足熱泵的檢測(cè)要求。2) 熱泵控制器硬件結(jié)構(gòu)該熱泵控制器包含由87LPC767構(gòu)成的主系統(tǒng)和87LPC762構(gòu)成的從系統(tǒng)兩 大部分。其中主系統(tǒng)由溫度采集模塊、開關(guān)量采集模塊、開關(guān)量控制模塊、串口 通信模塊組成。從系統(tǒng)由按鍵模塊、LED液晶顯示模塊和串口通信模塊組成。 控 制器具體的組成結(jié)構(gòu)見圖20所示，fl開關(guān)整割棋塊電漉1l| LED顯示梗塊f度口館號(hào)JI I I L口1爪HI|87IK767|信f87LPC762|模模|竹f塊塊塊、技皈系現(xiàn)模

51、塊圖20熱泵控制器系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖a.溫度采集模塊溫度采集模塊是熱泵控制器的核心部件，主要負(fù)責(zé)對(duì)熱水進(jìn)口溫度、熱水出口溫度、壓縮機(jī)溫度和管壁溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和AD轉(zhuǎn)換?？刂破鞯臏囟葻崦綦娮铚乜仄鳎漭敵鲂盘?hào)可以直接送入87LPC767的 ADCt腳，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供控制器做后續(xù)處理。熱敏電阻式溫控器有熱敏電阻R1與R2、R3與RP組成平衡橋。當(dāng)停機(jī)工作時(shí)室機(jī)溫度升到開機(jī)溫度時(shí)，熱敏電阻R1的阻值減小，使R2的電壓升高，三極管將飽和導(dǎo)通，繼電器J1得電吸合，壓縮機(jī)開機(jī)工作。當(dāng)溫度下降到停機(jī)溫度時(shí)，熱敏電阻R1的阻值增大，使 R2阻值減小，使三極管截止，使繼電器J1掉電動(dòng)作，停止工作圖21熱敏電阻溫控

52、器電路b. 開關(guān)量控制模塊控制熱泵熱水器主要就是控制壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況，在設(shè)計(jì) 中選用6A 250V AC型繼電器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)強(qiáng)電的控制。為了使控制電路能給繼 電器提供足夠的工作電流，在繼電器和單片機(jī)之間加入了光耦4N25和PNP型三極 管90 12。光藕發(fā)光二極管的陽極接200?的上拉電阻，陰極接單片機(jī)的I/O 口， 這樣可以為發(fā)光二極管提供足夠的工作電流：當(dāng)單片機(jī)控制端口為高電平時(shí)，發(fā)光二極管熄滅，光耦處于斷開狀態(tài)，繼電器彈簧片接在靜觸點(diǎn)上，被控制電路處 于斷開狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)控制端口為低電平時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，光耦導(dǎo)通，繼電 器彈簧片接在動(dòng)觸點(diǎn)上，被控制電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，也就

53、是給壓縮機(jī)上電，壓縮 機(jī)開始運(yùn)行。c. 20mA電流環(huán)串口通信模塊控制器主從系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信號(hào)交換比較頻繁，由于熱水器的工作環(huán)境比較惡 劣，通信線路中產(chǎn)生的電、磁干擾及線路本身的分布電容對(duì)電壓信號(hào)影響較大。 但是這些干擾對(duì)線路中的電流影響卻不大，因此控制器采用20mA電流環(huán)接口實(shí)現(xiàn)串口通信。該通信回路由發(fā)送電路和接收電路組成，電流環(huán)回路與單片機(jī)管腳之間采用光耦隔離。在通信回路發(fā)送端，發(fā)送電路將TTL電平轉(zhuǎn)換成環(huán)路20mA電流信號(hào)，在接收端又將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成 TTL電平信號(hào)。圖22為20mA電流環(huán)接 口發(fā)送端和接收端原理圖。圖22 20mA電流環(huán)接口發(fā)送端與接收端的原理圖1AAC22 0VOd.系

54、統(tǒng)中所需電源電路系統(tǒng)中控制電路所需要12V和5V電路如圖23所示,圖23所需電源3.5.2熱泵控制器軟件設(shè)計(jì)熱泵控制器的軟件系統(tǒng)包括主單片機(jī)系統(tǒng)和從單片機(jī)系統(tǒng)。 兩者之間的數(shù)據(jù) 傳輸通過20mA電流環(huán)通分，溫度采集由單片機(jī)87LPC767部集成的ADC完成。為 了得到最大的A / D轉(zhuǎn)換精度，在A / D轉(zhuǎn)換過程中，需要把MCU設(shè)置為掉電模 式，以消除大部分片噪聲。同時(shí)，須對(duì)I / O 口進(jìn)行配置，將用于A / D轉(zhuǎn)換的 四個(gè)端口設(shè)置成模擬輸入方式。在啟動(dòng)A / D轉(zhuǎn)換后，必須在2個(gè)機(jī)器周期激活掉電模式或空閑模式，以獲 得最精確的A/ D轉(zhuǎn)換結(jié)果。這兩個(gè)機(jī)器周期是以 MCU時(shí)鐘頻率來計(jì)算。在掉

55、電 模式或空閑模式下，使用A / D信來完成。數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)統(tǒng)一用 ASCH格 式在兩個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸，其通訊程序與典型的 RS232通訊程序兼容。主單片機(jī)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)溫度的采集和控制、4路強(qiáng)電控制以及故障信號(hào)的采 集。由于4路強(qiáng)電控和故障信號(hào)是開關(guān)量信號(hào)，因此可以直接通過端口操作完成 對(duì)這些開關(guān)量的控制和采集。作為熱泵控制器的核心部轉(zhuǎn)換時(shí)，A / D轉(zhuǎn)換完成之前MCU不應(yīng)被其它中斷 喚醒。程序ADStart使用累加器中提供的A / D通道啟動(dòng)A / D轉(zhuǎn)換。ADStart : ORL ADCON , A ;加入新的通道編號(hào)SETB ADCS;啟動(dòng)A / D 轉(zhuǎn)換ORL PCON，#02h ;RET中斷處理程序ADint讀取轉(zhuǎn)換值并將其存入存儲(chǔ)器ADResult單元，在啟動(dòng) 轉(zhuǎn)換之前，必須先開中斷。ADi nt : PUSH ACC ;保存累加