便携式太阳能供电供暖装置的设计

马晓慧 尤德山 祁永来 郭佳楠

关键词：便携式;太阳能装置;供电供暖

随着“碳达峰、碳中和”战略，我国太阳能供热采暖技术已在开发试点、系统规模、技术方法进行了实践与探索。西藏、北京等地的太阳能供热采暖示范工程以村镇分布式太阳能供热为特色，取得了一定的节能效益，但存在冬、夏季采暖集热不平衡、供暖系统保证率低[3]、恒温控制难度高的问题，为改善该情况，提高太阳能供暖技术的稳定性能，常需要搭配辅助能源互补供热系统，便携式太阳能供暖及供电系统的开发是基于实际生活开发，以改善可迁移式小型住所供暖及供电条件为目标，开发搭建出一套包含集热、蓄热、传热和补偿热量的太阳能供暖及供电便携式装置，满足可拆装性强、便携迁移、供热效果良好等应用要求。

1 总体设计

太阳能供暖系统是由集热器、蓄热器、传热设备、辅助加热装置和控制系統组成，水以其良好热传导和经济性配为传热媒介，考虑到本课题对便携式的核心要求，各环节设计过程中要充分满足良好的可拆装性和高效的热转换性。

总体设计如图1 所示。

2 技术路线

基于上述理论，本节将围绕集热器面积、蓄热器水箱体积及辅助加热功率进行测算，从而验证本项目的实际可行性。

根据《太阳能供热采暖应用技术手册》[4] 的规定，直接式太阳能集热器面积公式如1 所示，具体参数见表1。

（2）蓄热器水箱的计算

选择水作为储热的介质，主要利用其显热值储热。水箱的储热量为非供暖季太阳能集热器集得的有效能，储热量计算公式[4] 如2 所示。

3 硬件设计

本设计硬件部分包括太阳能光伏板、太阳能集热器、旋转平台、电加热器、水箱、控制阀、蓄电池、伸缩杆、传热板等，控制系统的硬件部分主要采用AT89C51 单片机、PCF8591 模块、W172DIP-37 模块和LCD12864A 显示模块等。

外观设计图如图2 所示。

4 软件仿真

本设计软件部分主要包括温度的检测、加热器的启停、蓄电池的实时电压电流测量、LED 显示等。具体控制流程如图3 所示。

通过在Proteus 软件上进行仿真设计，选择能够实现当检测水温为35 ℃时，启动加热电磁阀，且采集实时电压并在LCD12864A 显示屏上显示，如图4 所示。

5 结论

本设计以改善可迁移式小型住所供暖及供电条件为目标，通过容量计算、硬件设计与软件仿真，验证了便携式太阳能供暖及供电系统的可行性，该系统满足可拆装性强、便携迁移、供热效果良好等应用要求，为临时性住所的节能减排和能源转换，提供理论依据。