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虹潤(rùn)無(wú)紙記錄儀在太陽(yáng)光伏發(fā)電上的應(yīng)用
一、摘要
虹潤(rùn)NHR-8700系列48路彩色數(shù)據(jù)采集無(wú)紙記錄儀是依據(jù)GB/T 34036-2017國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，該標(biāo)準(zhǔn)由虹潤(rùn)公司主草。它在設(shè)計(jì)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(chǔ)器的新型微處理器，擴(kuò)充了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器從而保證了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)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(jì)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。儀表最多可同時(shí)接48路通道萬(wàn)能信號(hào)，輸入通道相互隔離，并具有報(bào)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(jì)符合GB/T17626.2-11相關(guān)規(guī)定，同時(shí)產(chǎn)品取得了CE認(rèn)證。
二、產(chǎn)品的市場(chǎng)背景
太陽(yáng)能智能無(wú)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(kāi)始致力于提高太陽(yáng)能光伏板的效率。一些樂(lè)觀主義者認(rèn)為隨著太陽(yáng)能技術(shù)的不斷進(jìn)步，加上政府的大力支持，太陽(yáng)能可能會(huì)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(yáng)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(yáng)能源的利用效率和擴(kuò)展太陽(yáng)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(yáng)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(shí)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(yáng)能綜合利用技術(shù)。虹潤(rùn) NHR-8700系列48路彩色數(shù)據(jù)采集無(wú)紙記錄儀在太陽(yáng)能儲(chǔ)能上實(shí)現(xiàn)了溫度采集、記錄、分析、通訊等功能，為太陽(yáng)能儲(chǔ)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(chǔ)器。
2、硬件通過(guò)光耦繼電器對(duì)通道信號(hào)值隔離、切換，轉(zhuǎn)換成可識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(guò)程曲線，棒圖等組成，通過(guò)面板按鍵可完成畫面翻頁(yè)，歷史數(shù)據(jù)前后搜索，曲線時(shí)標(biāo)變更等。
4、產(chǎn)品帶USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存功能，可隨時(shí)通過(guò)U盤和上位機(jī)分析軟件隨時(shí)調(diào)閱過(guò)程量變化的歷史曲線或相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，為太陽(yáng)能儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)提供有力的數(shù)據(jù)分析。
5、產(chǎn)品在整個(gè)太陽(yáng)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(lái)水溫度：秋季平均15℃，冬季平均10℃。（3）年日照時(shí)間：2200～2500h，年平均環(huán)境溫度15℃，太陽(yáng)能當(dāng)?shù)鼐暥忍?yáng)能年平均日太陽(yáng)輻射量11873KJ/㎡。
2、系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能：（1）系統(tǒng)運(yùn)行 1）太陽(yáng)能熱水系統(tǒng) ：具有間接換熱、溫差自動(dòng)循環(huán)、自動(dòng)補(bǔ)水、集中供水功能。2）太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) ：具有自用電和并網(wǎng)發(fā)電兩個(gè)功能。部分電量通過(guò)蓄電池蓄電可直接用于驅(qū)動(dòng)光熱系統(tǒng)溫差自動(dòng)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(jì)算機(jī)?？蓪?shí)現(xiàn)：1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：主要應(yīng)用于流量、溫度（7個(gè)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(guò)LED顯示反映系統(tǒng)工作狀況。
?新型太陽(yáng)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(dòng)循環(huán)、自動(dòng)補(bǔ)水、集中供水的運(yùn)行方式。
（1）間接換熱：在儲(chǔ)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(guò)盤管熱交換器進(jìn)行熱交換?！盁崦?可以使用抗凍液，在寒冷的區(qū)域也可以使用。
（2）溫差自動(dòng)循環(huán)：當(dāng)集熱器出口水溫t1高于水箱底部水溫t25℃時(shí)，循環(huán)泵自動(dòng)啟動(dòng)，“熱媒"開(kāi)始循環(huán)，加熱水箱中的“冷水"，直至水溫相同時(shí)，循環(huán)泵停止工作。
（3）自動(dòng)補(bǔ)水：當(dāng)水箱水位降低到設(shè)置低位時(shí)，常閉電磁閥E1自動(dòng)開(kāi)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(guò)集熱器表面的光伏發(fā)電板，直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電板與蓄電池和逆變器相連，通過(guò)蓄電池儲(chǔ)存電能，供系統(tǒng)使用；通過(guò)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(jì)使用人數(shù)20人 。（2）用水定額：100L/人•日。（3）用水時(shí)間：24小時(shí)供應(yīng)。（4）設(shè)計(jì)熱水溫度：50℃。（5）設(shè)計(jì)冷水溫度：5℃
2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算：（1）設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量計(jì)算：22100W。（2）設(shè)計(jì)小時(shí)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(yáng)能集熱器法向?yàn)檎?。根?jù)《民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)》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(shuō)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(zhǎng)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(tái)水泵，一臺(tái)由系統(tǒng)自發(fā)直流電作為動(dòng)力，作為主循環(huán)泵，另一臺(tái)由外部電網(wǎng)的交流電作為動(dòng)力，是系統(tǒng)備用循環(huán)泵。循環(huán)泵流量計(jì)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(yáng)能系統(tǒng)控制 ：本系統(tǒng)采用間接換熱、溫差自動(dòng)循環(huán)、自動(dòng)補(bǔ)水、集中供水的運(yùn)行方式，晴好天氣充分利用太陽(yáng)能。（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)采用NHR-8700真彩無(wú)紙記錄儀。
4、光伏系統(tǒng)設(shè)備配置計(jì)算：（1）太陽(yáng)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(jì)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(gè)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(jì)算：180W/24V=7.5A，選配10A控制器一臺(tái)。（3）蓄電池配置：設(shè)計(jì)直流水泵工作6小時(shí)/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(rùn)NHR-8700系列48路彩色數(shù)據(jù)采集無(wú)紙記錄儀
產(chǎn)品圖示 :
實(shí)現(xiàn)功能：①實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集，主要應(yīng)用于流量，溫度（7個(gè)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(shí)數(shù)據(jù)記錄。③通過(guò)LCD顯示系統(tǒng)工作狀況。
產(chǎn)品圖片 :
五、結(jié)束語(yǔ)
系統(tǒng)采用新型光伏／光熱（PVT）收集器集光伏發(fā)電與太陽(yáng)能低溫?zé)崂脼橐惑w，是綜合利用太陽(yáng)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(dòng)化控制和監(jiān)控系統(tǒng)保障系統(tǒng)的自行運(yùn)行，能在無(wú)人值守的情況下全天24小時(shí)提供足量溫度適宜的生活熱水。
2、同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)使用自供電，大幅度降低了對(duì)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(dòng)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(duì)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(yáng)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(shí)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(shí)在輸出相同能量的情況下比分離式太陽(yáng)電池板和普通太陽(yáng)集熱器占地面積更少，是一種具有廣闊前景的新型太陽(yáng)能綜合利用技術(shù)。
虹潤(rùn)NHR-8700系列48路彩色數(shù)據(jù)采集無(wú)紙記錄儀在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試中，效果較好。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)整個(gè)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(duì)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。
