專利名稱：控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能熱水系統(tǒng)，具體地說是涉及一種控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作(啟停)的裝置。
背景技術(shù)：
太陽能熱水系統(tǒng)是由集熱器陣列、儲(chǔ)熱水箱、輔助加熱系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、管道及循環(huán)系統(tǒng)組合而成的，可根據(jù)需要隨意設(shè)置出水溫度、能與常規(guī)能源配合供應(yīng)賓館、洗浴中心、學(xué)校、企業(yè)等單位的太陽能熱水系統(tǒng)。集熱器接受太陽輻射，將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，逐漸加熱集熱器內(nèi)的水；當(dāng)集熱器內(nèi)的水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，由控制器控制電磁閥、水泵等設(shè)備，將集熱器里的熱水輸送到具有保溫功能的儲(chǔ)熱水箱中自動(dòng)存儲(chǔ)起來，同時(shí)將水箱內(nèi)溫度較低的水泵入集熱器。當(dāng)集熱器與儲(chǔ)熱水箱水溫之差達(dá)到設(shè)定的停止溫差值時(shí)，循環(huán)過程停止，待集熱器內(nèi)水溫與儲(chǔ)熱水箱水溫之差再一次達(dá)至循環(huán)啟動(dòng)溫差時(shí)，系統(tǒng)再一次啟動(dòng)循環(huán)過程，如此周而復(fù)始的工作。陰雨天沒有太陽輻射或光照較弱儲(chǔ)水箱溫度達(dá)不到設(shè)定需求溫度時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)輔助能源工作給儲(chǔ)水箱加熱。陰雨天無太陽輻射，系統(tǒng)可與輔助能源系統(tǒng)配合供應(yīng)熱水。目前太陽能熱水系統(tǒng)運(yùn)行主要是靠水位和溫度控制，即水位低于預(yù)定下限水位時(shí)水箱自動(dòng)進(jìn)水，水箱的溫度低于預(yù)定溫度時(shí)自動(dòng)自動(dòng)輔助熱源，沒有合理有效的控制措施能充分利用太陽能，因此系統(tǒng)存在以下缺陷，當(dāng)水箱水位低于下限水位時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入強(qiáng)制補(bǔ)進(jìn)冷水狀態(tài)使水箱溫度降低， 而此時(shí)即使太陽輻射較強(qiáng)，輔助能源也會(huì)工作，造成了沒有最大化利用太陽能效率，在陽光充足的情況下輔助能源系統(tǒng)可能將水箱熱水溫度加熱到滿足需求溫度，造成能源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一是提供一種最大化利用太陽能效率，提高節(jié)能效果、減少輔助能源使用的控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二是提供一種使用上述控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置對(duì)輔助熱源進(jìn)行控制的方法。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題之一的一種控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置，其特征在于包括
接收太陽輻射并產(chǎn)生電流的太陽能電池； 采集太陽能電池的電流的電流采集裝置； 連接到電流采集裝置的控制裝置；
連接到電流采集裝置、控制裝置，以及熱源啟停裝置的顯示裝置； 對(duì)電流和時(shí)間進(jìn)行預(yù)設(shè)的設(shè)置裝置，設(shè)置裝置連接到控制裝置； 輸入端連接到控制裝置、輸出端連接到輔助熱源的熱源啟停裝置。
本發(fā)明進(jìn)一步具體為太陽能電池采用單晶硅、多晶硅、非晶硅或者復(fù)合半導(dǎo)體的太陽能電池?？刂蒲b置是嵌入式微控制器。顯示裝置是液晶顯示器。設(shè)置裝置為微型計(jì)算機(jī)。熱源啟停裝置是接觸器或者繼電器。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題之二的一種采用上述控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置對(duì)輔助熱源進(jìn)行控制的方法，包括下述步驟
在步驟S00，通過設(shè)置裝置進(jìn)行初始的設(shè)置并存入控制裝置，具體而言，將預(yù)設(shè)時(shí)間設(shè)置為t，太陽能能電池輸出初始電流為10，預(yù)設(shè)太陽能輸出電流為I ；
然后是步驟S01，當(dāng)太陽能電池1接收到來自太陽輻射的能量，實(shí)時(shí)的太陽能電池輸出的電流由IO變?yōu)镮l ；
在步驟S02中，控制裝置對(duì)太陽能電池輸出的電流11進(jìn)行第一次采用； 在步驟S03中，控制系統(tǒng)將太陽能電池實(shí)時(shí)輸出的電流Il與預(yù)設(shè)的太陽能輸出電流I 比對(duì)；
在步驟S04中，如比對(duì)結(jié)果11<1時(shí)，則進(jìn)入步驟S05 ；反之，11>1時(shí)，流程返回到步驟 S02，重復(fù)步驟S02到步驟S04 ；
在步驟S05中，將輸出的電流Il 一直持續(xù)的時(shí)間tl與預(yù)設(shè)的時(shí)間t進(jìn)行比對(duì)； 在步驟S06中，在輸出的電流Il 一直持續(xù)的時(shí)間tl>t的情況下，則進(jìn)入步驟S07 ；反之，tl<t，流程返回到步驟S02，重復(fù)步驟S02到步驟S06 ；
在步驟S07中，在11<1和tl>t均成立的情況下，則控制裝置通過熱源啟停裝置向輔助熱源發(fā)出開始工作指令；
在步驟S08中，電流采集裝置繼續(xù)對(duì)太陽能電池1進(jìn)行輸出電流12的采樣，并傳輸?shù)娇刂蒲b置中；
在步驟S09、SlO中，控制裝置將進(jìn)行12與I的比對(duì)，如比對(duì)結(jié)果12<1時(shí)，流程返回到步驟S08，重復(fù)步驟S08到步驟S10，當(dāng)比對(duì)結(jié)果12>1時(shí)，繼續(xù)到下一步驟；
在步驟S11、S12中，控制裝置對(duì)太陽能電池輸出的電流12進(jìn)行比對(duì)后，比對(duì)結(jié)果12<1， 在輸出電流12 —直持續(xù)的時(shí)間t2>t，則進(jìn)行下一步驟；反之，t2<t，流程返回到步驟S08，重復(fù)步驟S08到步驟S12 ；
在步驟S013中，在12>1和t2>t均成立，則由控制裝置過熱源啟停裝置向輔助熱源發(fā)出停止工作指令，輔助熱源停止工作后，繼續(xù)返回到步驟S02中，進(jìn)行重復(fù)的流程。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過太陽能電池接收太陽輻射量來控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助能源工作，通過本裝置可實(shí)現(xiàn)當(dāng)太陽輻射較強(qiáng)時(shí)，控制輔助能源停止工作，陰雨天或太陽輻射弱時(shí)輔助能源才能工作，最大化利用太陽能效率，提高節(jié)能效果，減少輔助能源對(duì)環(huán)境污染。


圖1為本發(fā)明控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置的原理框圖； 圖2為本發(fā)明控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的方法的流程圖；圖3為一個(gè)圖形，說明在某種太陽能輻射條件下，太陽能電池的輸出特性曲線。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置包括 接收太陽輻射并產(chǎn)生電流的太陽能電池1 ；
連接到太陽能電池1的電流采集裝置2，采集太陽能電池1的電流； 連接到電流采集裝置2的控制裝置3，將通過電流采集裝置2所傳輸?shù)碾娏髋c設(shè)置裝置 5預(yù)設(shè)的時(shí)間和電流進(jìn)行比對(duì)，并將比對(duì)的結(jié)果進(jìn)行分析，正確的發(fā)出指令來控制熱源啟停裝置6 ；
對(duì)實(shí)時(shí)的工作狀態(tài)、參數(shù)進(jìn)行直觀的數(shù)字化顯示的顯示裝置4，顯示裝置4連接到電流采集裝置2、控制裝置3，以及熱源啟停裝置6 ；
對(duì)電流和時(shí)間進(jìn)行預(yù)設(shè)的設(shè)置裝置5，設(shè)置裝置5連接到控制裝置3 ； 輸入端連接到控制裝置3、輸出端連接到輔助熱源的熱源啟停裝置6，對(duì)控制裝置3發(fā)出的啟/停指令進(jìn)行執(zhí)行。太陽能電池1采用單晶硅、多晶硅、非晶硅或者復(fù)合半導(dǎo)體的多種形式的太陽能電池。電流采集裝置2以數(shù)字方式輸出電流信號(hào)，電流的大小反映的即是太陽能輻射的強(qiáng)弱。控制裝置3可以是嵌入式微控制器，可以是AVR、MCS51、ARM等設(shè)備。顯示裝置4是LED、液晶形式的顯示設(shè)備，直接以數(shù)字的方式顯示出實(shí)時(shí)的太陽能電池1輸出的電流，預(yù)設(shè)的時(shí)間、電流以及熱源啟停裝置6的工作狀況等。設(shè)置裝置5可以利用微型計(jì)算機(jī)(由CPU、RAM、ROM、輸出/輸入裝置組成)進(jìn)行預(yù)設(shè)比對(duì)時(shí)間和預(yù)設(shè)電流的設(shè)置。熱源啟停裝置6可以是接觸器、繼電器等設(shè)備，用于控制輔助熱源的開關(guān)。現(xiàn)在參照?qǐng)D2的流程圖，詳細(xì)說明使用上述控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置對(duì)輔助熱源進(jìn)行控制的方法。包括下述步驟
在步驟S00，通過設(shè)置裝置5進(jìn)行初始的設(shè)置并存入控制裝置3，具體而言，將預(yù)設(shè)時(shí)間設(shè)置為t，太陽能能電池輸出初始電流為10，預(yù)設(shè)太陽能輸出電流為I ；
然后是步驟S01，當(dāng)太陽能電池1接收到來自太陽輻射的能量，實(shí)時(shí)的太陽能電池1輸出的電流由IO變?yōu)镮l ；
在步驟S02中，控制裝置3對(duì)太陽能電池1輸出的電流Il進(jìn)行第一次采用； 在步驟S03中，控制系統(tǒng)3將太陽能電池1實(shí)時(shí)輸出的電流Il與預(yù)設(shè)的太陽能輸出電流I比對(duì)；
在步驟S04中，如比對(duì)結(jié)果11<1時(shí)(即11<1成了)，則進(jìn)入步驟S05 ；反之，11>1時(shí)(即 11>1時(shí)成立)，流程返回到步驟S02，重復(fù)步驟S02到步驟S04 ；
在步驟S05中，將輸出的電流Il 一直持續(xù)的時(shí)間tl與預(yù)設(shè)的時(shí)間t進(jìn)行比對(duì)； 在步驟S06中，在輸出的電流Il 一直持續(xù)的時(shí)間tl>t (即tl>t成立)的情況下，則進(jìn)入步驟S07 ；反之，tl<t (即tl<t成立)，流程返回到步驟S02，重復(fù)步驟S02到步驟S06 ； 在步驟S07中，在11<1和tl>t均成立的情況下，則控制裝置3通過熱源啟停裝置6向輔助熱源發(fā)出開始工作指令；
在步驟S08中，電流采集裝置2繼續(xù)對(duì)太陽能電池1進(jìn)行輸出電流12的采樣，并傳輸?shù)娇刂蒲b置3中；
在步驟S09、S10中，控制裝置3將進(jìn)行12與I的比對(duì)，如比對(duì)結(jié)果12<1時(shí)(S卩12<1成了)，流程返回到步驟S08，重復(fù)步驟S08到步驟S10，當(dāng)比對(duì)結(jié)果12>1時(shí)(即12>1成立)，繼續(xù)到下一步驟；
在步驟Sll、S12中，控制裝置3對(duì)太陽能電池1輸出的電流12進(jìn)行比對(duì)后，比對(duì)結(jié)果 12<1，在輸出電流12 —直持續(xù)的時(shí)間t2>t (即t2>t成立)，則進(jìn)行下一步驟；反之，t2<t (即 t2<t成立)，流程返回到步驟S08，重復(fù)步驟S08到步驟S12 ；
在步驟S013中，在12>1和t2>t均成立，則由控制裝置3過熱源啟停裝置6向輔助熱源發(fā)出停止工作指令，輔助熱源停止工作后，繼續(xù)返回到步驟S02中，進(jìn)行重復(fù)的流程。通過上述流程步驟的控制，可知太陽能輻射強(qiáng)度比較強(qiáng)時(shí)，無需啟動(dòng)熱水輔助加熱系統(tǒng)，只通過太陽能集熱器直接加熱即可。陰雨天、夜晚等太陽能輻射強(qiáng)度弱時(shí)，系統(tǒng)則啟動(dòng)熱水輔助加熱負(fù)載，來進(jìn)行熱水的輔助加熱，達(dá)到備用的目的，也最大化的利用了太陽能，減少了陰雨天、夜晚等對(duì)熱水需求的影響，降低了負(fù)載的使用率，合理了輔助啟停方式。 所以本發(fā)明在工業(yè)、民用等太陽能供水的系統(tǒng)中起到了極大的作用。請(qǐng)參閱圖3所示，鑒于太陽能電池最大電力點(diǎn)的電力Pmax近似與太陽能輻射量成正比，所以太陽能輻射越強(qiáng)，輸出電流就越大，這時(shí)說明太陽能能輻射能力就強(qiáng)，因此此時(shí)只需要利用太陽能真空管即可將生活熱水加溫到適當(dāng)溫度，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)能。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說明性的，而不是用于對(duì)本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置，其特征在于包括 接收太陽輻射并產(chǎn)生電流的太陽能電池；采集太陽能電池的電流的電流采集裝置； 連接到電流采集裝置的控制裝置；連接到電流采集裝置、控制裝置，以及熱源啟停裝置的顯示裝置； 對(duì)電流和時(shí)間進(jìn)行預(yù)設(shè)的設(shè)置裝置，設(shè)置裝置連接到控制裝置； 輸入端連接到控制裝置、輸出端連接到輔助熱源的熱源啟停裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置，其特征在于太陽能電池采用單晶硅、多晶硅、非晶硅或者復(fù)合半導(dǎo)體的太陽能電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置，其特征在于控制裝置是嵌入式微控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置，其特征在于顯示裝置是液晶顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置，其特征在于設(shè)置裝置為微型計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置，其特征在于熱源啟停裝置是接觸器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置，其特征在于熱源啟停裝置是繼電器。
8.一種采用如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置對(duì)輔助熱源進(jìn)行控制的方法，其特征在于包括下述步驟在步驟S00，通過設(shè)置裝置進(jìn)行初始的設(shè)置并存入控制裝置，具體而言，將預(yù)設(shè)時(shí)間設(shè)置為t，太陽能能電池輸出初始電流為10，預(yù)設(shè)太陽能輸出電流為I ；然后是步驟S01，當(dāng)太陽能電池1接收到來自太陽輻射的能量，實(shí)時(shí)的太陽能電池輸出的電流由IO變?yōu)镮l ；在步驟S02中，控制裝置對(duì)太陽能電池輸出的電流Il進(jìn)行第一次采用； 在步驟S03中，控制系統(tǒng)將太陽能電池實(shí)時(shí)輸出的電流Il與預(yù)設(shè)的太陽能輸出電流I 比對(duì)；在步驟S04中，如比對(duì)結(jié)果11<1時(shí)，則進(jìn)入步驟S05 ；反之，11>1時(shí)，流程返回到步驟 S02，重復(fù)步驟S02到步驟S04 ；在步驟S05中，將輸出的電流Il 一直持續(xù)的時(shí)間tl與預(yù)設(shè)的時(shí)間t進(jìn)行比對(duì)； 在步驟S06中，在輸出的電流Il 一直持續(xù)的時(shí)間tl>t的情況下，則進(jìn)入步驟S07 ；反之，tl<t，流程返回到步驟S02，重復(fù)步驟S02到步驟S06 ；在步驟S07中，在11<1和tl>t均成立的情況下，則控制裝置通過熱源啟停裝置向輔助熱源發(fā)出開始工作指令；在步驟S08中，電流采集裝置繼續(xù)對(duì)太陽能電池1進(jìn)行輸出電流12的采樣，并傳輸?shù)娇刂蒲b置中；在步驟S09、SlO中，控制裝置將進(jìn)行12與I的比對(duì)，如比對(duì)結(jié)果12<1時(shí)，流程返回到步驟S08，重復(fù)步驟S08到步驟S10，當(dāng)比對(duì)結(jié)果12>1時(shí)，繼續(xù)到下一步驟；在步驟S11、S12中，控制裝置對(duì)太陽能電池輸出的電流12進(jìn)行比對(duì)后，比對(duì)結(jié)果12<1， 在輸出電流12 —直持續(xù)的時(shí)間t2>t，則進(jìn)行下一步驟；反之，t2<t，流程返回到步驟S08，重復(fù)步驟S08到步驟S12 ；在步驟S013中，在12>1和t2>t均成立，則由控制裝置過熱源啟停裝置向輔助熱源發(fā)出停止工作指令，輔助熱源停止工作后，繼續(xù)返回到步驟S02中，進(jìn)行重復(fù)的流程。
全文摘要
一種控制太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源工作的裝置和方法，該裝置包括接收太陽輻射并產(chǎn)生電流的太陽能電池；采集太陽能電池的電流的電流采集裝置；連接到電流采集裝置的控制裝置；顯示裝置；對(duì)電流和時(shí)間進(jìn)行預(yù)設(shè)的設(shè)置裝置，其接到控制裝置；輸入端連接到控制裝置、輸出端連接輔助熱源的熱源啟停裝置。該裝置通過比對(duì)實(shí)時(shí)采集的太陽能電池的輸出電流和設(shè)定的初始值I和設(shè)定比對(duì)的時(shí)間t來實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助熱源的控制，采集的太陽能電池輸出電流大于設(shè)定值持續(xù)的時(shí)間大于設(shè)定時(shí)間t時(shí)，則開啟太陽能熱水系統(tǒng)輔助熱源。上述2種比對(duì)結(jié)果必須同時(shí)滿足才開啟輔助熱源，否則關(guān)閉輔助熱源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠達(dá)到最大化利用太陽能效率，提高節(jié)能性能。
文檔編號(hào)F24J2/40GK102313376SQ201110324490
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者周先勝, 孟祥輝, 李多德, 韋文軍, 顧啟德 申請(qǐng)人:安徽郁金香新能源科技有限公司