太阳能热水器自动上水系统研究与设计

2018-05-17

福建质量管理 2018年10期

(淮阴工学院江苏淮安 223001)

一、研究背景

随着太阳能热水器的发展，目前太阳能热水器主要分为平板型太阳能热水器和真管型太阳能热水器[3]。平板式太阳能热水器是专门为高层、小高层住宅配套设计开发，弥补了传统的太阳能热水器由于先天不足无法实现与建筑及环境完美结合的遗憾，这一开发真正体现了太阳能与建筑及环境一体化的完美结合。真空管式太阳能热水器主要由热管、吸热板、玻璃管、金属端盖和消气剂等部件组成，使用不受安装条件的限制，无论是在对于平房用户还是高层楼房用户，均可安装使用。其二者的主要区别式受热方式不同。与真空管式太阳能热水器使用热管受热不同，平板式太阳能热水器的受热材质被加工成版型，安装起来更加方便。由于平板式热水器出现的时间较晚。故本次实验重点在于热管式太阳能热水器的改造。

二、太阳能热水器现状

(一)太阳能热水器的安装和维护

太阳能热水器在安装过程中需要注意倾角问题，经研究证明5度～ 45度倾角太阳能热水器均具有较高的集热性能， 60度～ 90度集热性能逐步减少。考虑到全年太阳入射角及辐照的变化，选用太阳能热水器的适宜倾角为30度～45度，此角度范围能够使太阳能热水器在全年得到最大热效率[4]。同时在维护保养方面应注意如下要求;定期进行系统排污，防止管路阻塞；并对水箱进行清洗，保证水质清洁；定期清除太阳能热水器透明盖板上的尘埃、污垢，保持盖板的清洁以保证较高的透光率；注意检查透明盖板是否损坏，如有破损应及时更换。真空管太阳能热水器要经常检查真空管的真空度或内玻璃管是否破碎真空管太阳热水器除了清洗真空管外，还应同时清洗反射板。巡视检查各管道、阀门、浮球阀、电磁阀、连接胶管等有无渗漏现象，如有则应及时修复。太阳能热水器的吸热涂层若有损坏或脱落应及时修复。所有支架、管路等每年涂刷一次保护漆，以防锈蚀；防止闷晒；安装有辅助热源的全天候太阳能热水器，应定期检查辅助热源装置及换热器工作正常与否[5]。

(二)国内外太阳能热水器现状

由于太阳能热水器相较于其他热水器存在诸多优势，所以各国都在大力发展太阳能热水器举例来说美国强制规定能源配额，以提高其竞争力，同时采取税收和信贷优惠政策，加大资金投入，而在2009年奥巴马政府也通过了包括一系列法案来大力推行太阳能计划。在德国，通过《可再生能源》法案使太阳能热水器得到了空前的发展，该法案于2004重新修订通过了“光伏补贴削减法案 ”，同时德国还具有“十万太阳能屋顶计划 ”等一系列措施，推动太阳能热水器的发展。日本也有新阳光计划来推动太阳能热水器实施[6]。

在我国，国家发改委推出了名为“家电下乡计划”的惠民政策。并将太阳能热水器纳入补贴计划当中，然而，就推行情况来说，并不是十分理想，有以下几点原因：首先审批手续过于繁琐，对于申请“家电下行”的农村居民来说，他们需要提供包括身份证、家电下乡补贴政明、户口本、收入证明以及银行存折等诸多材料。其次，农村居民获取信息的渠道有限，造成了对于产品是否达到补贴判断力不足[7]。

(三)国内知名太阳能企业情况

目前，我国太阳能热水器发展迅速，越来越多的企业进入这个市场，其中不乏一些著名企业[8]，以海尔为例，2016年，在行业逐年下滑的背景下，实现了逆势增长，年增长率超过5%。在技术方面，海尔ALL-IN-ONE太阳能最大的特点就是将水箱与集热器集合为一体[9]。这意味着将制热和储热合二为一，阳光可以直接加热镀膜钢管中的水，在同等条件下制热速度较传统产品提高2倍。同时，该产品还采用了颠覆性创新设计，将零件数量由传统产28个减少为3个，整机组装时间较传统产品缩短 50%，更加省时省力[10]。

三、拟定的解决方案

(一)硬件解决方案

本次课程拟采用AT89C51单片机作为主要控制单元。其具有容量大、片内外设丰富、应用软件配套资源丰富等特点。在检测上水是否完成的过程中。拟采用在太阳能热水器溢水管处加装霍尔水流传感器来实现。对于自动停止上水，拟采用电机通过机械传动带动阀门实现。并使用数码二极管电路显示上水时间。其基本结构框图如图1所示:

图1 基本结构框图

(二)软件流程方案

为实现系统所需功能该系统的基本流程为：首先按动按钮，或者当满足时间要求时单片机通过驱动电路驱动电机从而打开阀门使太阳能热水器开始上水。当水上满时，多余得水通过溢水管流出，使霍尔传感器开始旋转，产生脉冲信号，单片机接收到脉冲信号后，通过电机驱动电路驱动电机关闭阀门。从而达到当完成上水时，自动停止上水的目的。其基本流程图如图2所示: