虹潤無紙記錄儀在太陽光伏發(fā)電上的應(yīng)用

一、摘要

       虹潤NHR-8700系列48路彩色數(shù)據(jù)采集無紙記錄儀是依據(jù)GB/T 34036-2017國家標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的產(chǎn)品，該標(biāo)準(zhǔn)由虹潤公司主草。它在設(shè)計上吸納了當(dāng)今電腦結(jié)構(gòu)思路，硬件上采用內(nèi)帶快閃存儲器的新型微處理器，擴(kuò)充了數(shù)據(jù)存儲區(qū)，顯示器采用高分辨率點(diǎn)陣式液晶屏，軟件上引入中文WINDOWS的框架思路，并采用了數(shù)據(jù)壓縮和USB 轉(zhuǎn)存技術(shù)，外置大容量鐵電存儲器從而保證了數(shù)據(jù)存儲時間長度。儀表全面采用了表面貼裝工藝，并采用多重保護(hù)和隔離設(shè)計，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。儀表最多可同時接48路通道萬能信號，輸入通道相互隔離，并具有報警控制、模擬變送、RS485/232通訊等輸出功能，是一款功能齊全的漢顯儀表。產(chǎn)品的EMC設(shè)計符合GB/T17626.2-11相關(guān)規(guī)定，同時產(chǎn)品取得了CE認(rèn)證。

二、產(chǎn)品的市場背景

       太陽能智能無紙記錄儀技術(shù)應(yīng)用和實(shí)際應(yīng)用方面是走在世界前列的。上世紀(jì)80年代中期，許多科學(xué)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(rèn)為隨著太陽能技術(shù)的不斷進(jìn)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(chǎn)生電能方面變得經(jīng)濟(jì)高效。

　　本試驗(yàn)嘗試用光伏/光熱二合一收集器為核心的太陽能利用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)將光伏/光熱應(yīng)用合二為一，進(jìn)一步提高太陽能源的利用效率和擴(kuò)展太陽能利用的適應(yīng)性。試驗(yàn)系統(tǒng)中的熱傳導(dǎo)介質(zhì)保障了太陽能電池板溫度和發(fā)電效率的基本穩(wěn)定，大幅度提高了電池效率和低溫?zé)崃康睦寐剩瑢?shí)現(xiàn)了較高的綜合效率，可保障系統(tǒng)在不需要外部供電條件下的自行運(yùn)行。同時系統(tǒng)在輸出相同能量的情況下比獨(dú)立的光伏、光熱系統(tǒng)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(shù)。虹潤 NHR-8700系列48路彩色數(shù)據(jù)采集無紙記錄儀在太陽能儲能上實(shí)現(xiàn)了溫度采集、記錄、分析、通訊等功能，為太陽能儲能數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)提供了可靠有效的數(shù)據(jù)保障。

三、產(chǎn)品的主要技術(shù)原理

       1、軟件基于ARM內(nèi)核的中央處理器，采用嵌入式操作系統(tǒng)，外置內(nèi)帶快閃存儲器。

       2、硬件通過光耦繼電器對通道信號值隔離、切換，轉(zhuǎn)換成可識別的標(biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)過基準(zhǔn)電源、運(yùn)算放大器、AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的線性轉(zhuǎn)換。

       3、顯示器選用7英寸高分辨率（800*480）點(diǎn)陣真彩液晶顯示屏幕，LED背光，寬溫、寬視角；顯示內(nèi)容可由漢字，數(shù)字，過程曲線，棒圖等組成，通過面板按鍵可完成畫面翻頁，歷史數(shù)據(jù)前后搜索，曲線時標(biāo)變更等。

       4、產(chǎn)品帶USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存功能，可隨時通過U盤和上位機(jī)分析軟件隨時調(diào)閱過程量變化的歷史曲線或相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，為太陽能儲能實(shí)驗(yàn)提供有力的數(shù)據(jù)分析。

       5、產(chǎn)品在整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)產(chǎn)品的溫度采集、控制、分析、記錄、通訊組網(wǎng)等功能。

四、產(chǎn)品的應(yīng)用

       ?項(xiàng)目概況

       該試驗(yàn)項(xiàng)目位于某大學(xué)實(shí)驗(yàn)樓，主要用于工程科學(xué)學(xué)院的課題研究。系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水和電力供辦公室和學(xué)生公寓使用。 　　

       1、氣象參數(shù)：（1）合肥地理位置處于北緯31°52′，東經(jīng)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(huán)境溫度15℃，太陽能當(dāng)?shù)鼐暥忍柲苣昶骄仗栞椛淞?1873KJ/㎡。 　

　    2、系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能：（1）系統(tǒng)運(yùn)行 1）太陽能熱水系統(tǒng) ：具有間接換熱、溫差自動循環(huán)、自動補(bǔ)水、集中供水功能。2）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) ：具有自用電和并網(wǎng)發(fā)電兩個功能。部分電量通過蓄電池蓄電可直接用于驅(qū)動光熱系統(tǒng)溫差自動循環(huán)的直流泵，減少常規(guī)能源的消耗。（2）系統(tǒng)監(jiān)控 ：本監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)用戶要求和被控制系統(tǒng)要求采用PLC編程控制，采用LCD觸摸屏連接計算機(jī)?？蓪?shí)現(xiàn)：1）實(shí)時數(shù)據(jù)采集：主要應(yīng)用于流量、溫度（7個溫度點(diǎn)）、壓力，以及光伏發(fā)電的電壓、電流、可變送的量。 2）歷史數(shù)據(jù)記錄：可根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、保存和查閱。3）工況顯示：通過LED顯示反映系統(tǒng)工作狀況。

       ?新型太陽能光伏／光熱（PVT）一體化系統(tǒng)運(yùn)行原理

       系統(tǒng)運(yùn)行原理如下 　　

       1、光熱部分工作原理：本系統(tǒng)采用間接換熱、溫差自動循環(huán)、自動補(bǔ)水、集中供水的運(yùn)行方式。
       （1）間接換熱：在儲熱水箱中設(shè)置盤管。集熱器流出的“熱媒”走盤管內(nèi)，與水箱中的“冷水”通過盤管熱交換器進(jìn)行熱交換?！盁崦健笨梢允褂每箖鲆?，在寒冷的區(qū)域也可以使用。
       （2）溫差自動循環(huán)：當(dāng)集熱器出口水溫t1高于水箱底部水溫t25℃時，循環(huán)泵自動啟動，“熱媒”開始循環(huán)，加熱水箱中的“冷水”，直至水溫相同時，循環(huán)泵停止工作。
       （3）自動補(bǔ)水：當(dāng)水箱水位降低到設(shè)置低位時，常閉電磁閥E1自動開啟，補(bǔ)水到正常水位。 　　

        2、光伏部分工作原理：光伏發(fā)電系統(tǒng)利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，通過集熱器表面的光伏發(fā)電板，直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電板與蓄電池和逆變器相連，通過蓄電池儲存電能，供系統(tǒng)使用；通過逆變器將電能并網(wǎng)供外部電網(wǎng)。

       ?    系統(tǒng)匹配 　　

       1、基本參數(shù)：（1）用水人數(shù)：設(shè)計使用人數(shù)20人 。（2）用水定額：100L/人?日。（3）用水時間：24小時供應(yīng)。（4）設(shè)計熱水溫度：50℃。（5）設(shè)計冷水溫度：5℃ 　　

       2、系統(tǒng)設(shè)計計算：（1）設(shè)計小時耗熱量計算：22100W。（2）設(shè)計小時熱水量：427.38L/h。（3）集熱器面積確定：本系統(tǒng)采用間接換熱系統(tǒng)，太陽能集熱器法向?yàn)檎?。根?jù)《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊》第4章應(yīng)先算出直接換熱系統(tǒng)集熱面積。

       ?系統(tǒng)設(shè)備選型及說明 　　

       1、保溫水箱：選用2噸的不銹鋼保溫水箱，內(nèi)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(fā)泡保溫，保溫層厚度為60㎜。 　　

       2、循環(huán)水泵：根據(jù)本系統(tǒng)特點(diǎn)，給本裝置配置兩臺水泵，一臺由系統(tǒng)自發(fā)直流電作為動力，作為主循環(huán)泵，另一臺由外部電網(wǎng)的交流電作為動力，是系統(tǒng)備用循環(huán)泵。循環(huán)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(shù),B2=0.02/(m2?s)。 　

       3、光熱控制系統(tǒng)：（1）太陽能系統(tǒng)控制 ：本系統(tǒng)采用間接換熱、溫差自動循環(huán)、自動補(bǔ)水、集中供水的運(yùn)行方式，晴好天氣充分利用太陽能。（2）實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)采用NHR-8700真彩無紙記錄儀。

       4、光伏系統(tǒng)設(shè)備配置計算：（1）太陽能電池板配置：采用光伏平板集熱器，實(shí)現(xiàn)光伏、光熱一體化。光伏平板集熱器外形尺寸為1227mm*1045mm，根據(jù)42m2集熱面積計算，滿足熱力需要的光伏平板集熱器數(shù)量為36塊。該光伏平板集熱器的光伏轉(zhuǎn)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(fā)電功率為3600Wp。（2）控制器配置 　　根據(jù)選用的直流水泵計算：180W/24V=7.5A，選配10A控制器一臺。（3）蓄電池配置：設(shè)計直流水泵工作6小時/天，日耗電量為180W×6h=10800WH。以連續(xù)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。 　

       ?主要設(shè)備：虹潤NHR-8700系列48路彩色數(shù)據(jù)采集無紙記錄儀 

       產(chǎn)品圖示 :

       實(shí)現(xiàn)功能：①實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)采集，主要應(yīng)用于流量，溫度（7個溫度點(diǎn)），壓力，以及光伏發(fā)電的電壓、電流、可變送的量。②歷史數(shù)據(jù)：可根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和查閱并可進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)記錄。③通過LCD顯示系統(tǒng)工作狀況。 　

       產(chǎn)品圖片 : 

五、結(jié)束語

       系統(tǒng)采用新型光伏／光熱（PVT）收集器集光伏發(fā)電與太陽能低溫?zé)崂脼橐惑w，是綜合利用太陽能源的新嘗試。

       本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
       1、系統(tǒng)應(yīng)用高度自動化控制和監(jiān)控系統(tǒng)保障系統(tǒng)的自行運(yùn)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(tǒng)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(tǒng)具有的自動化數(shù)據(jù)采集和記錄功能，滿足不同控制方式和匹配條件進(jìn)行對比試驗(yàn)的需求。
       4、系統(tǒng)中的熱傳導(dǎo)介質(zhì)可保障太陽能電池板溫度和發(fā)電效率的基本穩(wěn)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(chǎn)生的低溫?zé)崃?，從而?shí)現(xiàn)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(shù)。 　　　 　

       虹潤NHR-8700系列48路彩色數(shù)據(jù)采集無紙記錄儀在現(xiàn)場安裝調(diào)試中，效果較好。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中對整個系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)如流量、溫度、壓力等能實(shí)現(xiàn)高精度的采集和記錄，并能對數(shù)據(jù)結(jié)果可調(diào)閱、查詢，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供有效的數(shù)據(jù)支撐。