鄭參

摘 要：現(xiàn)階段可持續(xù)發(fā)展已成為各行各業(yè)的基本準(zhǔn)則，人們對(duì)清潔能源與可再生能源的關(guān)注度不斷提高。太陽(yáng)能可以說(shuō)永遠(yuǎn)沒(méi)有枯竭的危險(xiǎn)，使用干凈且不存在污染，因此鼓勵(lì)應(yīng)用太陽(yáng)能具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。再加上熱水器幾乎每家都在使用，采用智能控制裝置提高太陽(yáng)能熱水器對(duì)太陽(yáng)能的利用效率，可以有效縮短加熱時(shí)間。本文中筆者結(jié)合具體案例，分析太陽(yáng)能熱水器中智能控制裝置的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能控制裝置；太陽(yáng)能熱水器；應(yīng)用要點(diǎn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.058

1 我國(guó)太陽(yáng)能熱水器發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段我國(guó)太陽(yáng)能熱水器技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為全球最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)家。但行業(yè)中缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各個(gè)太陽(yáng)能熱水器控制器生產(chǎn)廠家各有一套生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，控制器研發(fā)處于起步階段。隨著市場(chǎng)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，市場(chǎng)上出現(xiàn)越來(lái)越多的太陽(yáng)能熱水器控制器，大部分控制器不夠完善，存在一些問(wèn)題，這些問(wèn)題主要表現(xiàn)為：系統(tǒng)可靠性不足、控制精度誤差較大、系統(tǒng)抗干擾能力差、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)極易出現(xiàn)亂碼、功能設(shè)計(jì)不完善、存在嚴(yán)重浪費(fèi)等。

隨著傳統(tǒng)能源逐漸顯露出枯竭的趨勢(shì)，人們愈來(lái)愈青睞清潔能源。太陽(yáng)能利用技術(shù)最成熟的產(chǎn)品就是太陽(yáng)能熱水器，其市場(chǎng)份額逐漸擴(kuò)大，發(fā)展前景廣闊。但現(xiàn)階段生產(chǎn)行業(yè)較為混亂，投資力度不足，研發(fā)力量薄弱。大量企業(yè)涌入到行業(yè)中，卻沒(méi)有實(shí)現(xiàn)預(yù)期收益。加上部分企業(yè)規(guī)模較小，投資額度不滿足規(guī)模經(jīng)濟(jì)的基本要求。

2 太陽(yáng)能熱水器原理概述

本部分筆者主要介紹太陽(yáng)能熱水器工作原理，為后期論述做好鋪墊。

2.1 工作原理

現(xiàn)階段我國(guó)市場(chǎng)上太陽(yáng)能熱水器種類較多，本文中筆者主要分析平板強(qiáng)制式太陽(yáng)能熱水器的工作原理，一般該種類型的太陽(yáng)能熱水器選擇電加熱或空氣源熱泵為輔助熱源，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

如上圖所示，太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單，主要包括水箱、控制器與平板集熱器。平板集熱器用戶選擇型號(hào)時(shí)依據(jù)自身情況進(jìn)行。傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水器通常選擇直接加熱的形式，集熱器中被水箱注入冷水，加熱完成后通過(guò)虹吸作用返回水箱。但集熱器內(nèi)溫度會(huì)達(dá)到80℃，直接加熱的方式會(huì)造成集熱器內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)垢問(wèn)題，影響集熱器的正常使用與壽命。

本設(shè)計(jì)中采用間接換熱方式，也就是集熱器內(nèi)部裝滿一種不易導(dǎo)熱的具有較高熱傳導(dǎo)率的介質(zhì)。集熱器吸收太陽(yáng)能熱能后，介質(zhì)不斷流過(guò)水箱，將熱量傳導(dǎo)給水箱內(nèi)的冷水，完成換熱，實(shí)現(xiàn)提高溫度的目的。這樣不但不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢，還可以保證水質(zhì)的清潔。

集熱器加熱過(guò)程中，介質(zhì)循環(huán)道路與水箱都是一個(gè)密閉空間，一旦溫度升高，回路與水箱內(nèi)部的壓力慢慢增大，為避免壓力過(guò)大出現(xiàn)循環(huán)回路與水箱爆炸，將膨脹罐安裝在循環(huán)回路上，當(dāng)壓力超過(guò)一定范圍后會(huì)直接頂開(kāi)膨脹罐的壓力閥，將壓力保持在合適的范圍；當(dāng)水箱內(nèi)部壓力過(guò)大超過(guò)安全閥的最大壓力，直接頂開(kāi)安全閥，降低內(nèi)部壓力，避免水箱被破壞。

2.2 太陽(yáng)能熱水器控制裝置的作用

現(xiàn)階段社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們物質(zhì)生活水平不斷提高，對(duì)家用電器提出更高的要求，其中最主要的就是智能化要求。太陽(yáng)能熱水器作為典型的綠色環(huán)保家用電器，憑借能源利用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及操作方便的特點(diǎn)得到用戶的廣泛認(rèn)可。而本設(shè)計(jì)方案中本課題從家用太陽(yáng)能的基本構(gòu)造和功能特性出發(fā)，設(shè)計(jì)改造出一款新型的太陽(yáng)能熱水器來(lái)提高對(duì)太陽(yáng)能這種可再生能源的利用率，降低像煤炭、天然氣等這種非再生能源的使用。由于地球自轉(zhuǎn)，同一地點(diǎn)的太陽(yáng)高度角每時(shí)每刻都在變化，若太陽(yáng)能角度固定，則會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能的利用率降低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)出像向日葵那樣能隨太陽(yáng)角度變化而變化的太陽(yáng)能熱水器，提高太陽(yáng)能熱水器對(duì)太陽(yáng)能的利用率。

3 智能控制裝置在太陽(yáng)能熱水器中的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能熱水器的設(shè)計(jì)，能夠讓太陽(yáng)能熱水器隨著太陽(yáng)高度角的變化而變化，始終能讓太陽(yáng)能熱水管接受到最大化的太陽(yáng)輻射，提高太陽(yáng)能的利用率。在同樣的時(shí)間內(nèi)，更加迅速的提高水溫。特別是在冬天，能夠更加穩(wěn)定的提供人們家庭生活用水。利用我們所設(shè)計(jì)的新型高效太陽(yáng)能熱水器可以更好地的達(dá)到人們的日常需求，減少人們電、天然氣、煤炭等能源的消耗，節(jié)約能源。從目前來(lái)看，還沒(méi)有任何一家國(guó)內(nèi)外公司設(shè)計(jì)出一款能夠像向日葵那樣隨太陽(yáng)角度變換而變化的太陽(yáng)能熱水器，從而提高太陽(yáng)能利用率。在太陽(yáng)能設(shè)計(jì)人員和國(guó)家面積如此龐大的情況下，如果能夠提高太陽(yáng)能的利用率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化原則，將對(duì)人民生活產(chǎn)生巨大影響。具體研究方案如下所示。

3.1 技術(shù)路線

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)整理分析和揭示高效太陽(yáng)能熱水器的可行性。采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬計(jì)算等相結(jié)合的綜合方法，在日常生活中，太陽(yáng)高角度每時(shí)每刻都在發(fā)生著變化，由于早晨和晚上的太陽(yáng)高度角小，光熱分散，熱水器集熱管獲得太陽(yáng)輻射能量少，會(huì)使太陽(yáng)能的利用率降低。如果當(dāng)熱水器的集熱管像向日葵那樣根據(jù)太陽(yáng)位置自動(dòng)調(diào)節(jié)角度，始終讓太陽(yáng)高度角為90度，則光熱集中，同面積下的熱水器集熱管獲得的太陽(yáng)輻射能量多，提高熱水器的熱效率，提高了再生能源的利用率。

3.2 具體措施

為解決以上問(wèn)題，我們?cè)谠教?yáng)能的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，以提高能源利用率和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化為原則改進(jìn)原式太陽(yáng)能熱水器，如圖3：

本裝置的主要器件有：太陽(yáng)能儲(chǔ)水器、熱水器集熱管、太陽(yáng)能電池板、測(cè)光器、蓄電池、齒輪電動(dòng)機(jī)、齒輪導(dǎo)軌、移動(dòng)固定點(diǎn)

測(cè)光器（即光電器件）對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)，就可實(shí)現(xiàn)裝置對(duì)太陽(yáng)光的自動(dòng)跟蹤。自動(dòng)跟蹤的另一種方法則是利用簡(jiǎn)單的時(shí)鐘控制技術(shù)，即當(dāng)時(shí)鐘控制器走至某預(yù)定的時(shí)刻就使電動(dòng)機(jī)的電源接通而將整個(gè)太陽(yáng)能熱水器裝置旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，然后斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)電源；到下一預(yù)定時(shí)刻又重復(fù)上述過(guò)程，這兩種方法都可實(shí)現(xiàn)熱水器的旋轉(zhuǎn)，保證熱水器集熱管能夠獲得最多的太陽(yáng)輻射能量。

整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠齒輪電動(dòng)機(jī)和齒輪導(dǎo)軌的嚙合來(lái)完成的，齒輪導(dǎo)軌是一個(gè)360度的整圓，可全方位的調(diào)整太陽(yáng)能熱水器的角度，以保證太陽(yáng)高度角成90度。

齒輪電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠蓄電池的電量來(lái)維持的，而蓄電池的電量則是由太陽(yáng)能電池板把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能來(lái)獲得的。這樣整個(gè)裝置的熱能、電能、動(dòng)能全部來(lái)自太陽(yáng)能，一來(lái)提高了太陽(yáng)能的利用率，二來(lái)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著人民經(jīng)濟(jì)水平和生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)生活用品的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)在是任何形式的居民用房，都會(huì)安裝太陽(yáng)能熱水器。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱水器，由于角度固定，接受太陽(yáng)輻射的能量會(huì)隨時(shí)間的變化而變化，降低了太陽(yáng)能的利用率。本文中筆者以太陽(yáng)能熱水器應(yīng)用現(xiàn)狀為切入點(diǎn)，通過(guò)分析太陽(yáng)能熱水器工作原理，給出如何控制太陽(yáng)能熱水器旋轉(zhuǎn)的方法，希望為行業(yè)技術(shù)水平提高貢獻(xiàn)一份力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬志燕.家用熱水器冷水自動(dòng)節(jié)水裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].機(jī)械與電子，2014（09）：11.