CN104792036A - 一种光控v型翅片双效太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光控V型翅片双效太阳能集热器，酚醛泡沫保温板设置在铝合金外壳上，酚醛泡沫保温板内层安装黑瓷集热板，集热器的顶部安装有钢化玻璃盖板，在钢化玻璃盖板、酚醛泡沫保温板、黑瓷集热板组成的空腔内部安装有V型金属翅片；铝合金外壳的一侧安装有进风口，与进风口相对的一侧的铝合金外壳上安装有出风口、风机和太阳辐射传感器。本发明可以同时提供加热新风和热水，利用太阳辐射传感器控制热风、热水功能的转换，并对加热新风进行充分过滤，保证送风质量，双效的集成降低了集热器成本，光控的方式提高了集热器的综合热性能，过滤器的设置保证了送风质量。

Description

一种光控V型翅片双效太阳能集热器

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，尤其涉及一种光控V型翅片双效太阳能集热器。

背景技术

基于室外空气质量堪忧的现状，简单的开窗通风已不能优化室内空气品质，而运行空调能耗较高，专业的空气净化设备成本与投入也过高；常规太阳能空气集热器不能蓄热，常规太阳能热水器功能单一且不能净化空气。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光控V型翅片双效太阳能集热器，旨在解决常规太阳能空气集热器不能蓄热，功能单一且不能净化空气的问题。

本发明是这样实现的，一种光控V型翅片双效太阳能集热器包括黑瓷集热板、V型金属翅片、钢化玻璃盖板、酚醛泡沫保温板、铝合金外壳、风机、太阳辐射传感器；

所述的酚醛泡沫保温板设置在铝合金外壳上，酚醛泡沫保温板内层安装黑瓷集热板，集热器的顶部安装有钢化玻璃盖板，在钢化玻璃盖板、酚醛泡沫保温板、黑瓷集热板组成的空腔内部安装有V型金属翅片；

所述的铝合金外壳的一侧安装有进风口，与所述的进风口相对的一侧的铝合金外壳上安装有出风口、风机和太阳辐射传感器，所述的进风口和出风口都设置有空气过滤层。

进一步，所述的光控V型翅片双效太阳能集热器由太阳辐射传感器控制风机转动，具体方法为：

当辐射不强时集热器单效热水，风机不运行，黑瓷集热板内的水被太阳辐射能单独加热；

到达设定辐射值后，风机运行，室外空气通过进风口进入集热器，被V型金属翅片与黑瓷集热板共同加热，经出风口后送入室内，与此同时，黑瓷集热板内的水也被加热。

进一步，所述的太阳辐射传感器的硬件系统包括互相连接的太阳能辐射量采集模块、数据处理模块、室内温度调节控制模块；

所述的太阳能辐射量采集模块采用横流源分压结构度量太阳能辐射黑瓷集热板获得的温度与室内温度的温差；

所述的太阳能辐射采集模块包括依次连接的太阳能辐射量测温桥、AD采集模块、数模隔离模块；

所述的数据处理模块包括TMS控制单元及与TMS控制单元连接的E2PROM芯片、电源回路、复位回路、时钟模块、PLL滤波模块、FLASH回路，所述的数模隔离模块与所述的TMS控制单元连接；

所述的室内温度调节控制模块包括反向器、光耦、H桥、温控箱体，所述的TMS控制单元依次通过反向器、光耦、H桥与所述的温控箱体连接，所述的温控箱体与所述的太阳能辐射量采集模块。

进一步，所述的太阳辐射传感器的控制系统包括TMS控制单元、与TMS控制单元连接的DSP芯片运行底层驱动单元、与TMS控制单元连接的温控系统功能实现单元；

所述的DSP芯片运行底层驱动单元包括CMD文件配置单元、中断矢量表、二次Boot load程序单元、Flash下载程序单元、DSP初始化单元；

所述的温控系统功能实现单元包括温度测量单元、串口通信单元、温度控制单元，所述串口通信单元接收温度测量单元的温度数据和温度控制单元的控制量，所述的串口通信单元将温度补偿因数发送给温度测量单元并将恒温点设定值发送给温度控制单元。

进一步，太阳能温度控制量的计算模型是根据测量温度T_m与恒定温度T_i的差值来计算的，当测量温度与设定温度差值大于3℃时进行温度调节，即

(1)T_m-T_i＞3℃，控制量U_k＝U_max，此时全速降低太阳能辐射量；

(2)T_m-T_i＜3℃，控制量U_k＝U_min，此时全速增大太阳能辐射量；

(3)|T_m-T_i|＜5℃，进行PID计算，离散化PID表达式：

确定k_p、k_I、k_D后，使用3次测量值的偏差，由下式求出控制量：

Δu(k)＝k_p[e(k)-e(k-1)]+k_Ie(k)+k_D[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]+u₀。

本发明的光控V型翅片双效太阳能集热器，可以同时提供加热新风和热水，利用太阳辐射传感器控制热风、热水功能的转换，并对加热新风进行充分过滤，保证送风质量，双效的集成降低了集热器成本，光控的方式提高了集热器的综合热性能，过滤器的设置保证了送风质量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的光控V型翅片双效太阳能集热器的剖视图；

图2是本发明实施例提供的光控V型翅片双效太阳能集热器的主视图；

图3是本发明实施例提供的横流源分压结构电路图；

图4是本发明实施例提供的太阳能辐射量采集模块中测温电路；

图5是本发明实施例提供的AD采集模块的电路图；

图6是本发明实施例提供的数据处理模块的电路图；

图7是本发明实施例提供的室内温度调节控制电路图；

图8是本发明实施例提供的温控系统功能实现单元控制信号输出电路图；

图9是本发明实施例提供的太阳能辐射传感器的硬件系统图；

图10是本发明实施例提供的太阳能辐射传感器的控制系统组成图；

图中：1、黑瓷集热板；2、V型金属翅片；3、钢化玻璃盖板；4、酚醛泡沫保温板；5、铝合金外壳；6、风机；7、太阳辐射传感器；7-1、太阳能辐射量采集模块；7-1-1、太阳能辐射量测温桥；7-1-2、AD采集模块；7-1-3、数模隔离模块；7-2、数据处理模块；7-2-1、TMS控制单元7-2-1；7-2-2、E2PROM芯片；7-2-3、电源回路；7-2-4、复位回路；7-2-5、时钟模块；7-2-6、PLL滤波模块；7-2-7、FLASH回路；7-3、室内温度调节控制模块；7-3-1、反向器；7-3-2、光耦；7-3-3、H桥；7-3-4、温控箱体；7-4、DSP芯片运行底层驱动单元；7-4-1、CMD文件配置单元；7-4-2、中断矢量表；7-4-3、二次Boot load程序单元；7-4-4、Flash下载程序单元；7-4-5、DSP初始化单元；7-5、温控系统功能实现单元；7-5-1、温度测量单元；7-5-2、串口通信单元；7-5-3、温度控制单元；8、进风口；9、出风口。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：本发明不存在软件或方法的创新。

本发明是这样实现的，如图1和图2所示，一种光控V型翅片双效太阳能集热器包括黑瓷集热板1、V型金属翅片2、钢化玻璃盖板3、酚醛泡沫保温板4、铝合金外壳5、风机6、太阳辐射传感器7；

所述的酚醛泡沫保温板4设置在铝合金外壳5上，酚醛泡沫保温板4内层安装黑瓷集热板1，集热器的顶部安装有钢化玻璃盖板3，在钢化玻璃盖板3、酚醛泡沫保温板4、黑瓷集热板1组成的空腔内部安装有V型金属翅片2；

所述的铝合金外壳5的一侧安装有进风口8，与所述的进风口8相对的一侧的铝合金外壳5上安装有出风口9、风机6和太阳辐射传感器7，所述的进风口8和出风口9都设置有空气过滤层。

进一步，所述的光控V型翅片双效太阳能集热器由太阳辐射传感器7控制风机6转动，具体方法为：

当辐射不强时集热器单效热水，风机6不运行，黑瓷集热板1内的水被太阳辐射能单独加热；

到达设定辐射值后，风机6运行，室外空气通过进风口8进入集热器，被V型金属翅片2与黑瓷集热板1共同加热，经出风口9后送入室内，与此同时，黑瓷集热板1内的水也被加热。

进一步，如图9所示，所述的太阳辐射传感器7的硬件系统包括互相连接的太阳能辐射量采集模块7-1、数据处理模块7-2、室内温度调节控制模块7-3；

太阳能辐射量采集模块是度量太阳能辐射黑瓷集热板获得的温度与室内温度差的主要部件。该部件采用横流源分压结构进行精确温度测量，其电路图如图3所示。

其中铂电阻R_t变化的阻值ΔR_t的计算公式为：

${\mathrm{\ΔR}}_t=\frac{{\mathrm{MU}}_{\mathrm{ref}}}{{G2}^{N}I}=\frac{{\mathrm{MR}}_{3}I}{{G2}^{N}I}=\frac{M}{{G2}^N}{R}_3$

其中M为ΔU经过模数转换器获得的数字量，N为模数转换器位数，G位前端信号调节电路放大的倍数。因此电阻ΔR_t与参考电阻R₃成线性关系，求出ΔR_t后，即可求得铂电阻在某一温度点的阻值R_t＝R₂+ΔR_t＝(1000+ΔR_t)Ω，求解结果非常精确。

测温模块整体电路连接图如图4所示。

数据处理模块整体电路图如图6所示。

室内温度调节控制部分的电路图如图7所示。

所述的太阳能辐射采集模块7-1包括依次连接的太阳能辐射量测温桥7-1-1、AD采集模块7-1-2、数模隔离模块7-1-3；

AD采集模块的电路图如图7所示。

所述的数据处理模块包括TMS控制单元7-2-1及与TMS控制单元7-2-1连接的E2PROM芯片7-2-2、电源回路7-2-3、复位回路7-2-4、时钟模块7-2-5、PLL滤波模块7-2-6、FLASH回路7-2-7，所述的数模隔离模块7-1-3与所述的TMS控制单元7-2-1连接；

所述的室内温度调节控制模块7-3包括反向器7-3-1、光耦7-3-2、H桥7-3-3、温控箱体7-3-4，所述的TMS控制单元7-2-1依次通过反向器7-3-1、光耦7-3-2、H桥7-3-3与所述的温控箱体7-3-4连接，所述的温控箱体7-3-4与所述的太阳能辐射量采集模块7-1。

进一步，如图10所示，所述的太阳辐射传感器7的控制系统包括TMS控制单元7-2-1、与TMS控制单元7-2-1连接的DSP芯片运行底层驱动单元7-4、与TMS控制单元7-2-1连接的温控系统功能实现单元7-5；

所述的DSP芯片运行底层驱动单元7-4包括CMD文件配置单元7-4-1、中断矢量表7-4-2、二次Boot load程序单元7-4-3、Flash下载程序单元7-4-4、DSP初始化单元7-4-5；

所述的温控系统功能实现单元7-5包括温度测量单元7-5-1、串口通信单元7-5-2、温度控制单元7-5-3，所述串口通信单元7-5-2接收温度测量单元7-5-1的温度数据和温度控制单元7-5-3的控制量，所述的串口通信单元7-5-2将温度补偿因数发送给温度测量单元7-5-1并将恒温点设定值发送给温度控制单元7-5-3，控制信号输出电路如图8所示。

进一步，太阳能温度控制量的计算模型是根据测量温度T_m与恒定温度T_i的差值来计算的，当测量温度与设定温度差值大于3℃时进行温度调节，即

(1)T_m-T_i＞3℃，控制量U_k＝U_max，此时全速降低太阳能辐射量；

(2)T_m-T_i＜3℃，控制量U_k＝U_min，此时全速增大太阳能辐射量；

(3)|T_m-T_i|＜5℃，进行PID计算，离散化PID表达式：

$u\left(k\right)=k_{p}e\left(k\right)+k_I\underset{j=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}e\left(j\right)+k_D[e\left(k\right)-e(k-1)]+u_0---\left(1\right)$

其中，k为采样序号，u(k)为第k采样时刻的离散PID计算输出值；e(k)为第k采样时刻输入的偏差值；e(k-1)为第k-1采样时刻输入的偏差值；k_p为比例系数；k_I为积分系数；k_D为微分系数

$u(k-1)=k_{p}e(k-1)+k_I\underset{j=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}e\left(j\right)+k_D[e(k-1)-e(k-2)]+u_0---\left(2\right)$

(2)-(1)即得增量式PID控制算法的控制量表达式

Δu(k)＝k_p[e(k)-e(k-1)]+k_Ie(k)+k_D[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]+u₀   (3)

一旦确定了k_p、k_I、k_D，使用3次测量值的偏差，即可由(3)式求出控制量。

本发明的光控V型翅片双效太阳能集热器，可以同时提供加热新风和热水，利用太阳辐射传感器控制热风、热水功能的转换，并对加热新风进行充分过滤，保证送风质量，双效的集成降低了集热器成本，光控的方式提高了集热器的综合热性能，过滤器的设置保证了送风质量。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种光控V型翅片双效太阳能集热器，其特征在于，所述的光控V型翅片双效太阳能集热器包括黑瓷集热板、V型金属翅片、钢化玻璃盖板、酚醛泡沫保温板、铝合金外壳、风机、太阳辐射传感器；

所述的酚醛泡沫保温板设置在铝合金外壳上，酚醛泡沫保温板内层安装黑瓷集热板，集热器的顶部安装有钢化玻璃盖板，在钢化玻璃盖板、酚醛泡沫保温板、黑瓷集热板组成的空腔内部安装有V型金属翅片；

所述的铝合金外壳的一侧安装有进风口，与所述的进风口相对的一侧的铝合金外壳上安装有出风口、风机和太阳辐射传感器，所述的进风口和出风口都设置有空气过滤层。

2.如权利要求1所述的光控V型翅片双效太阳能集热器，其特征在于，所述的光控V型翅片双效太阳能集热器由太阳辐射传感器控制风机转动，具体方法为：

当辐射不强时集热器单效热水，风机不运行，黑瓷集热板内的水被太阳辐射能单独加热；

到达设定辐射值后，风机运行，室外空气通过进风口进入集热器，被V型金属翅片与黑瓷集热板共同加热，经出风口后送入室内，黑瓷集热板内的水也被加热。

3.如权利要求1所述的光控V型翅片双效太阳能集热器，其特征在于，所述的太阳辐射传感器的硬件系统包括互相连接的太阳能辐射量采集模块、数据处理模块、室内温度调节控制模块；

所述太阳能辐射量采集模块采用横流源分压结构度量太阳能辐射黑瓷集热板获得的温度与室内温度的温差；

所述数据处理模块包括TMS控制单元及与TMS控制单元连接的E2PROM芯片、电源回路、复位回路、时钟模块、PLL滤波模块、FLASH回路，所述的数模隔离模块与所述的TMS控制单元连接；

所述室内温度调节控制模块包括反向器、光耦、H桥、温控箱体，所述的TMS控制单元依次通过反向器、光耦、H桥与所述的温控箱体连接，所述温控箱体与所述的太阳能辐射量采集模块。

4.如权利要求1所述的光控V型翅片双效太阳能集热器，其特征在于，所述的太阳辐射传感器的控制系统包括TMS控制单元、与TMS控制单元连接的DSP芯片运行底层驱动单元、与TMS控制单元连接的温控系统功能实现单元；

所述DSP芯片运行底层驱动单元包括CMD文件配置单元、中断矢量表、二次Boot load程序单元、Flash下载程序单元、DSP初始化单元；

所述温控系统功能实现单元包括温度测量单元、串口通信单元、温度控制单元；

所述串口通信单元接收温度测量单元的温度数据和温度控制单元的控制量；

所述串口通信单元将温度补偿因数发送给温度测量单元并将恒温点设定值发送给温度控制单元。

5.如权利要求1所述的光控V型翅片双效太阳能集热器，其特征在于，太阳能温度控制量的计算模型是根据测量温度T_m与恒定温度T_i的差值来计算的，当测量温度与设定温度差值大于3℃时进行温度调节，即：

(1)T_m-T_i＞3℃，控制量U_k＝U_max，此时全速降低太阳能辐射量；

(2)T_m-T_i＜3℃，控制量U_k＝U_min，此时全速增大太阳能辐射量；

(3)|T_m-T_i|＜5℃，进行PID计算，离散化PID表达式：

确定k_p、k_I、k_D后，使用3次测量值的偏差，由下式求出控制量：

Δu(k)＝k_p[e(k)-e(k-1)]+k_Ie(k)+k_D[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]+u₀。