CN101587025B - 太阳能集热器测试系统及测试方法 - Google Patents

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本发明公开了一种太阳能集热器测试系统及测试方法。该发明采用闭式循环系统以解决现有测试系统测试温度不高的问题，且采用多方位的数据采集和控制，易于控制和获取测试参数。

Description

太阳能集热器测试系统及测试方法
(一)技术领域
本发明涉及一种太阳能集热器测试系统及测试方法，属于一种太阳能集热器集热性能检测技术领域，所说的太阳能集热器测试系统包括用于循环介质循环的循环系统和用于检测循环介质参数的数据采集系统。
(二)背景技术
我国太阳能集热器的国家标准于1998年颁布实施，而太阳能集热器的检测随着2003～2005先后在武汉和北京国家太阳能热水器质量监督检验中心成立后才真正全面开展，但测试水平距离国际高水平的检测机构如瑞士SPF、德国ITW仍有一定距离。
我国太阳能检测的现状是：虽然由于起步较晚，我国太阳能检测水平的起点较高，并受国际资金、技术的大力支持，检测能力基本覆盖了目前太阳能热利用的主要领域。然而，太阳能热水器先进的检测方法在我国刚刚开展，不能满足市场测试的需求；检测中心技术储备较弱，缺乏大量的经过专业技术培训的各层次技术人员，需大力培养人才；国际实验室间基本还没开展比对业务，国内实验室间的比对也较少，国内实验室间的测试水平参差不齐，需进一步提高；与欧盟等太阳热水器检测开展较好的国际间合作机会很少，互访的机制与渠道也还未建立。
在集热器检测方面，两个国家太阳能检测中心的集热器检测系统均按开式系统设计，为了获得稳定流量的循环介质，其循环管路上设置有恒压水箱，结构比较复杂。并且由于太阳能集热器测试系统以水为循环介质，在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，也就决定了器测试温度最高为100℃。后来北京检测中心在对系统进行技术改造，使测试系统有了一定的承压能力，但开式系统自身无法承压的特点，使得其最高测试温度只能达到105℃，显然难以满足目前集热器研究的快速发展，特别是逐步向工业领域应用的中温集热器的发展。
虽然目前我国在太阳能检测领域受到国际资金和技术的支持，但核心技术仍然为发达国家所掌握，并处于非自由类状态，其检测系统的原理和具体结构目前仍然无法获知。就目前来看，我国现有的太阳能集热器测试系统的具体技术方案也没有公开，只是部分地公开了其原理。
(三)发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种承压运行的太阳能集热器测试系统及测试方法，以获得集热器至中高温段的测试能力，并且易于控制和获取测试参数。
根据本发明一个方面的太阳能集热器测试系统采用以下技术方案：
该发明一种太阳能集热器测试系统，其包括循环系统和数据采集系统，以及相匹配的控制系统，所述循环系统包括通过换热器互联的加热循环系统和制冷循环系统，其中加热循环系统与待测试集热器构成闭式循环系统，在其循环管路上设有加热装置、系统循环泵、流量计和压力表，并至少在换热器热端出液口、加热装置出液口和集热器的进、出液口设有用于采集水温的温度传感器；所述制冷循环系统包括在其上水或回水管道上设置的电动三通阀，其另一接口接于相对管道上；所述数据采集系统用于采集上述温度传感器的温度数据，以及周围环境参数；所述控制系统主要用于控制所述加热装置的状态和所述电动三通阀的开度，以获取稳定的太阳能集热器进液温度。
根据本发明另一个方案的上述太阳能集热器测试系统测试集热器性能的方法，其包括以下步骤：
a)向所述加热循环系统加注经净化或高温加热后的水，直至将该循环系统的气体排净；
b)启动制冷循环系统和加热循环系统，控制所述电动三通阀调整集热器进液温度至设定温度，并调整加热循环系统介质流量稳定在标准要求的流量值；
c)打开数据采集系统进行参数记录，主要包括集热器进出口温度、流量、环境温度、环境风速、太阳辐照度；
d)在达到标准要求的测试时间后，再次调节设定温度进行下一个工况的测试，直到标准要求的4个工况全部完成。
根据本发明的技术方案主要用于中高温太阳能集热器的测试，当然，也可以用于低温区太阳能集热器的测试，其中中高温太阳能集热器的测试温度可达到120℃。由于本方案所涉及加热循环系统为闭式系统，具有承压能力，并据测算，在其承压能力下最高可以进行130℃太阳能集热器的测试，从而，开辟了国内在这一领域的新空间。为了获得稳定的集热器进液管进液温度，本方案采用加热循环系统和制冷循环系统通过换热器调温的方式，通过温度参数的获取和控制系统的调整，形成闭环控制，其控制误差在±0.1℃，控制精度高，进而，使测试的太阳能集热器的测试结构更具代表性。
上述太阳能集热器测试系统，其进一步包括连接于所述数据采集系统以用于采集太阳辐射数据的总辐射表，以及散射辐射表。
在所述加热循环系统管路上设有缓冲水箱。
所述加热循环系统管路上设有膨胀水箱。
所述加热循环系统管路上设有注液阀、排气阀和卸荷阀。
所述制冷循环系统包括冷水箱和对该冷水箱介质进行制冷的制冷机和为制冷主循环提供动力的制冷循环泵。
其进一步包括用于承载待测试集热器的自动跟踪太阳能架，并在该自动跟踪太阳能架上表面设有跟踪太阳的传感器，控制系统通过获取该传感器的信息进而控制自动跟踪太阳能架的转台运行。
根据本发明技术方案的方法，所述集热器进液温度误差需要控制在±0.1℃。
所述加热循环系统加热后的介质温度高于制冷循环系统制冷后的介质温度0.5℃。
(四)附图说明
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步的阐述，使本领域的技术人员更好的理解本发明，其中：
图1为本发明太阳能集热器测试系统实施例的结构示意图。
图2为太阳能自动跟踪架的结构示意图。
图中：1、进液管，2、集热器进口温度传感器，3、集热器，4、风速仪，5、环境温度传感器，6、总辐射表，7、散射辐射表，8、集热器出口温度传感器，9、出液罐，10、注液阀，11、数据采集系统，12、冷水箱，13、制冷机，14、制冷循环泵，15、电动三通阀，16、换热器，17、换热温度传感器，18、系统循环泵，19、加热装置，20、控制系统，21、加热温度传感器，22、缓冲水箱，23、流量计，24、膨胀水箱，25、排气阀，26、压力表，27、跟踪太阳传感器，28、支架，29、转台，30、自动跟踪太阳架。
(五)具体实施方式
下面对本发明的技术方案作示例性说明：
参照说明书附图1和2，根据本发明技术方案的太阳能集热器测试系统，其包括循环系统和数据采集系统11，以及相匹配的控制系统20，其特征在于：所述循环系统包括通过换热器17互联的加热循环系统和制冷循环系统，其中加热循环系统与待测试集热器3构成闭式循环系统，在其循环管路上设有加热装置19、系统循环泵18、流量计23和压力表26，并至少在换热器热端出液口、加热装置出液口和集热器的进、出液口设有用于采集水温的温度传感器；所述制冷循环系统包括在其上水或回水管道上设置的电动三通阀15，其另一接口接于相对管道上；所述数据采集系统用于采集上述温度传感器的温度数据，以及周围环境参数；所述控制系统主要用于控制所述加热装置的状态和所述电动三通阀的开度，以获取稳定的太阳能集热器进液温度。
对于周围环境的检测，主要包括风速、环境温度、太阳辐射强度的检测。
因此，其进一步包括连接于所述数据采集系统以用于采集太阳辐射数据的总辐射表6，以及散射辐射表7，以获取太阳光的辐射强度，用于计算集热器的集热效率。
因系统循环泵工作会有波动，为了获得比较稳定的液流，在所述加热循环系统管路上设有缓冲水箱22。
此外，为了使循环介质压力趋于稳定，所述加热循环系统管路上设有膨胀水箱24。
所述加热循环系统管路上设有注液阀10、排气阀25和卸荷阀，当然注液阀和排气阀是闭式循环系统必备的附件，以用于排除该系统中的气体。卸荷阀则用于系统压力过高时的压力卸荷，比如说随着集热器效率测试温度的升高，介质的温度升高，造成其受热膨胀，系统压力增高，为了使系统安全运行，需要卸荷阀工作。
所述制冷循环系统包括冷水箱12和对该冷水箱介质进行制冷的制冷机13和为制冷主循环提供动力的制冷循环泵14。冷水箱主要是提高系统的储能能力。在本方案中，加热装置位于换热器的下级，可以使制冷系统首先对集热器加热过的水进行冷却。
为了获得稳定的太阳光辐射强度，其进一步包括用于承载待测试集热器的自动跟踪太阳能架30，并在该自动跟踪太阳能架上表面设有跟踪太阳的传感器27，控制系统通过获取该传感器的信息进而控制自动跟踪太阳能架的转台29运行。太阳跟踪系统目前已经比较成熟，已经被广泛的应用在太阳能电池帆板和太阳能电池矩阵上。
本方案中，一种依据上述太阳能集热器测试系统测试集热器性能的方法，其包括以下步骤：
a)向所述加热循环系统加注经净化或高温加热后的水，直至将该循环系统的气体排净，防止气体存在影响系统压力；
b)启动制冷循环系统和加热循环系统，控制所述电动三通阀调整集热器进液温度至设定温度，并调整加热循环系统介质流量稳定在标准要求的流量值，电动三通阀可以方便的控制制冷系统在换热器部分的介入量，从而方便的控制所说的设定温度；
c)打开数据采集系统进行参数记录，主要包括集热器进出口温度、流量、环境温度、环境风速、太阳辐照度，以备分析之用；
d)在达到标准要求的测试时间后，再次调节设定温度进行下一个工况的测试，直到标准要求的4个工况全部完成。
为了获得准确的太阳能集热器性能参数，所述集热器进液温度误差需要控制在±0.1℃。
所述加热循环系统加热后的介质温度高于制冷循环系统制冷后的介质温度0.5℃，温差范围小，便于控制循环介质温度。

Claims (10)

1.一种太阳能集热器测试系统，其包括循环系统和数据采集系统(11)，以及相匹配的控制系统(20)，其特征在于：所述循环系统包括通过换热器(17)互联的加热循环系统和制冷循环系统，其中加热循环系统与待测试集热器(3)构成闭式循环系统，在其循环管路上设有加热装置(19)、系统循环泵(18)、流量计(23)和压力表(26)，并至少在换热器热端出液口、加热装置出液口和集热器的进液口和出液口设有用于采集水温的温度传感器；所述制冷循环系统包括在其上水或回水管道上设置的电动三通阀(15)，该电动三通阀的另一接口接于相对管道上；所述数据采集系统用于采集上述温度传感器的温度数据，以及周围环境参数；所述控制系统主要用于控制所述加热装置的状态和所述电动三通阀的开度，以获取稳定的太阳能集热器进液温度。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热器测试系统，其特征在于：其进一步包括连接于所述数据采集系统以用于采集太阳辐射数据的总辐射表(6)，以及散射辐射表(7)。
3.根据权利要求1所述的太阳能集热器测试系统，其特征在于：在所述加热循环系统管路上设有缓冲水箱(22)。
4.根据权利要求3所述的太阳能集热器测试系统，其特征在于：所述加热循环系统管路上设有膨胀水箱(24)。
5.根据权利要求4所述的太阳能集热器测试系统，其特征在于：所述加热循环系统管路上设有注液阀(10)、排气阀(25)和卸荷阀。
6.根据权利要求1所述的太阳能集热器测试系统，其特征在于：所述制冷循环系统包括冷水箱(12)和对该冷水箱介质进行制冷的制冷机(13)和为制冷主循环提供动力的制冷循环泵(14)。
7.根据权利要求1至6之一所述的太阳能集热器测试系统，其特征在于：其进一步包括用于承载待测试集热器的自动跟踪太阳能架(30)，并在该自动跟踪太阳能架上表面设有跟踪太阳的传感器(27)，控制系统通过获取该跟踪太阳的传感器的信息进而控制自动跟踪太阳能架的转台(29)运行。
8.一种依据权利要求1太阳能集热器测试系统测试集热器性能的方法，其包括以下步骤：
a)向所述加热循环系统加注经净化或高温加热后的水，直至将该加热循环系统的气体排净；
b)启动制冷循环系统和加热循环系统，控制所述电动三通阀调整集热器进液温度至设定温度，并调整加热循环系统介质流量稳定在标准要求的流量值；
c)打开数据采集系统进行参数记录，主要包括集热器进液口和出液口温度、流量、环境温度、环境风速和太阳辐照度；
d)在达到标准要求的测试时间后，再次调节设定温度进行下一个工况的测试，直到标准要求的4个工况全部完成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述集热器进液温度误差需要控制在±0.1℃。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述加热循环系统加热后的介质温度高于制冷循环系统制冷后的介质温度0.5℃。
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