CN105157256A - 远程智能控制流量分配的太阳能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能系统，包括中央控制器以及互相并联的散热器、蓄热器，中央控制器与云端服务器数据连接，云端服务器与客户端连接，客户端可以通过云端服务器得到监控的数据；客户端根据得到的监控数据，输入阀门开度的数值，通过云端服务器传递给中央控制器，通过中央控制器来调节阀门的开度。本发明可以实现远程监控流体的分配及其太阳能系统的运行，节约能源，灵活性强。

Description

远程智能控制流量分配的太阳能系统

技术领域

本发明属于太阳能领域，尤其涉及一种智能控制的太阳能系统。

背景技术

随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。能源问题已经成为当代世界的最突出的问题之一。因而寻求新的能源，特别是无污染的清洁能源已成为现在人们研究的热点。

太阳能系统一般并联多个热利用设备，例如散热器或者蓄热器等，因此需要在多个并联的设备中分配不同比例或流量的流体，但是对于流体的分配及其监控一般都在现场，无法进行远程监控。

发明内容

针对上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种远程监控的太阳能系统，从而有效的利用太阳能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种太阳能系统，所述系统包括集热器、蓄热器和散热器、第一阀门、第二阀门、温度传感器，所述集热器与蓄热器连通形成循环回路，集热器与散热器连通形成循环回路，蓄热器和散热器所在的管路并联，集热器吸收太阳能，加热集热器中的水，加热后的水通过出水管路分别进入蓄热器和散热器，在散热器中进行换热，在蓄热器中和散热器中流出的水在经过回水管路进入集热器中进行加热；

第一阀门设置在散热器所在的管路的入口管的位置，用于控制进入散热器的水的流量，第二阀门设置在蓄热器所在的管路的入口管的位置，用于控制进入蓄热器的水的流量，温度传感器设置在散热器的入口的位置处，用于测量进入散热器的水的温度；

所述系统还包括中央控制器，所述中央控制器与第一阀门、第二阀门、温度传感器进行数据连接，以便监控第一阀门、第二阀门的开度和温度传感器测量的温度。

所述中央控制器与云端服务器数据连接，以便将监控的数据传递给云端服务器，云端服务器与客户端连接，客户端可以通过云端服务器得到监控的数据；

客户端根据得到的数据，输入第一阀门开度、第二阀门的开度的数值，通过云端服务器传递给中央控制器，通过中央控制器来调节第一阀门开度、第二阀门的开度。

作为优选，所述系统还包括自动模式，所述自动模式运行如下：当温度传感器测量的温度低于一定的温度的时候，中央控制器控制阀门加大开度，同时控制阀门减少开度，以加大进入散热器的热水的流量来加大散热量；当温度传感器测量的温度高于一定的温度的时候，中央控制器控制阀门减少开度，同时控制阀门加大开度，以减少进入散热器的热水的流量。

作为优选，所述散热器包括上集管和下集管及其位于上集管和下集管之间的圆弧形截面的散热管，所述散热管包括基管以及位于基体外围的散热片，所述基管的横截面是圆弧形，所述散热片包括第一散热片和第二散热片，所述第一散热片是从圆弧的中点向外延伸，所述第二散热片包括从圆弧形的圆弧所在的面向外延伸的多个散热片以及从第一散热片向外延伸的多个散热片，向同一方向延伸的第二散热片互相平行,所述圆弧形的底边、第一散热片、第二散热片延伸的端部形成等腰三角形；所述基管内部设置第一流体通道，所述第一散热片内部设置第二流体通道，所述第一流体通道和第二流体通道连通。

作为优选，所述第二散热片相对于第一散热片中线所在的面镜像对称，相邻的所述的第二散热片的距离为L1，所述圆弧形的底边长度为W，所述等腰三角形的腰的长度为S，满足如下公式：

L1/S*100＝A*Ln(L1/W*100)+B*(L1/W)+C，其中Ln是对数函数，A、B、C是系数，0.66<A<0.70，21<B<24，3.3<C<5.2；

0.06<L1/S<0.07,0.08<L1/W<0.10

3mm<L1<5mm

40mm<S<75mm

30mm<W<50mm

圆弧形的中点与圆弧形的两端点的连线形成的顶角为a，100°<a<160°。

作为优选，基管长度为L，0.02<W/L<0.04，800mm<L<2500mm。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1)实现了太阳能的远程监控，实现了多并联热利用装置的流量远程分配和控制。

2)提供了一种新的散热器，并通过大量的研究得出了散热器的最佳的尺寸关系。

附图说明

图1是太阳能集热器系统的示意图

图2是一个散热器实施例的主视结构示意图；

图3是一个散热器实施例的主视结构示意图；

图4是图2的右侧观察的示意图；

图5是设置孔的散热片的切面图。

附图标记如下：

1集热器，2蓄热器，3散热器，4阀门，5阀门，6温度传感器，7蓄热器入口管，8集热器出水管路，9中央控制器，10云端服务器，11散热器入口管，12集热器回水管路，13温度传感器，14客户端，15阀门，16基管，17第一流体通道，18第一散热片,19第二散热片，20第二散热片，21第一边，22第二边，23底边，24孔，25第二流体通道

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

一种太阳能系统，如图1所示，所述系统包括集热器1、蓄热器2和散热器3、阀门4、阀门5、阀门15、温度传感器6，所述集热器1与蓄热器2连通形成循环回路，集热器1与散热器3连通形成循环回路，蓄热器2和散热器3所在的管路并联，集热器1吸收太阳能，加热集热器1中的水，加热后的水通过出水管路8分别进入蓄热器2和散热器3，在散热器3中进行换热，在蓄热器2中和散热器3中流出的水在经过回水管路17进入集热器1中进行换热。

如图1所示，阀门4设置在出水管上，用于控制进入蓄热器2和散热器3的总的水量，阀门5设置在散热器3所在的管路的入口管16的位置，用于控制进入散热器3的水的流量，阀门15设置在蓄热器2所在的管路的入口管7的位置，用于控制进入蓄热器2的水的流量，温度传感器6设置在散热器3的入口的位置处，用于测量进入散热器3的水的温度。所述系统还包括中央控制器9，所述中央控制器9与阀门4、阀门5、阀门15、温度传感器6进行数据连接，以便监控阀门4、阀门5、阀门15的开度和温度传感器测量的温度。

所述中央控制器9与云端服务器10数据连接，以便将监控的数据传递给云端服务器，云端服务器10与客户端14连接，客户端14可以通过云端服务器得到监控的各种信息。

优选的，当温度传感器6测量的温度低于一定的温度的时候，中央控制器9控制阀门5加大开度，同时控制阀门15减少开度，以加大进入散热器3的热水的流量来加大散热量。当温度传感器6测量的温度高于一定的温度的时候，中央控制器控制阀门5减少开度，同时控制阀门15加大开度，以减少进入散热器3的热水的流量来减少散热量。上述运行的模式是自动模式。

所述中央控制器9与云端服务器10数据连接，以便将监控的阀门5开度、阀门15的开度及进入散热器3的水的温度数据传递给云端服务器，云端服务器10与客户端14连接，客户端14可以通过云端服务器得到监控的数据。

客户端14根据得到的数据，可以输入阀门5开度、阀门15的开度的数值，通过云端服务器10传递给中央控制器9，通过中央控制器9来手动调节阀门5开度、阀门15的开度。此运行模式为手动模式。

当温度传感器6测量的温度低到一定程度的时候，此时散热器对外换热的能力会变差，无法满足正常的供暖需求，这表明太阳能集热器的集热能力也出现问题，例如太阳光线不是很强，或者晚上没有太阳的时候，此时中央控制器控制阀门4自动关闭，阀门5和阀门15会完全打开，蓄热器2和散热器3所在的管路形成一个循环管路，水进入蓄热器2，蓄热器2存储的热能对进入蓄热器2中水进行加热，加热的水进入散热器3中进行散热。

当然，客户端14根据得到的温度传感器6测量的温度数据，手动输入指令，传递给云端服务器，然后通过云端服务器传递给中央控制器9，以决定是否关闭阀门4以及是否完全打开阀门5和阀门15。

通过上述的运行，可以在太阳光线强的时候，在满足散热器3的散热能力，即满足用户散热需求以后，将多于的热量通过蓄热器2进行存储，在太阳能集热器1供热能力不足的情况下，利用蓄热器存储的热能加热循环水，以满足散热器3的散热需求。这样可以充分利用太阳能，避免过多的热量的浪费。

作为优选，可以不利用进入散热器3中的水的温度来自动控制水的流量，可以采用测量散热器周边的环境温度，例如，测量散热器的室内温度(通过设置室内温度传感器，室内温度传感器与中央控制器数据连接)来自动控制进入散热器的水的流量，如果室内温度过低，则中央控制器自动调大阀门5的开度，增加进入散热器3的水的流量，如果室内温度过高，中央控制器自动降低阀门5的开度，则减少进入散热器3的水的流量。

所述中央控制器9将监控的阀门5开度及室内温度数据传递给云端服务器，云端服务器10与客户端14连接，客户端14可以通过云端服务器得到监控的数据。

客户端14根据得到的数据，可以输入阀门5开度的数值，通过云端服务器10传递给中央控制器9，通过中央控制器9来手动调节阀门5开度。

当然，作为优选，通过室内温度控制流量的一个前提是温度传感器6测量的温度需要高于一定温度，否则，太阳能集热器的集热能力变差的时候，无论如何增加流量，散热效果都不会很好。

在蓄热器和散热器所在的管路形成一个循环管路的时候，当温度传感器6测量的温度低于一定的温度的时候，中央控制器控制阀门5加大开度，同时控制阀门15加大开度，以加大进入散热器3的热水的流量来加大散热量。当温度传感器6测量的温度高于一定的温度的时候，中央控制器控制阀门5减少开度，同时控制阀门15减少开度，以减少进入散热器3的热水的流量来加大散热量。此时的阀门5和15的开度保持一致。

客户端14根据得到的数据，可以输入阀门5、阀门15开度的数值，通过云端服务器10传递给中央控制器9，通过中央控制器9来手动调节阀门5、阀门15开度。

通过这样的控制，能够合理利用蓄热器的热量，避免热量的损失。

作为优选，散热器为供暖散热器。所述散热器包括上集管和下集管及其位于上下集管之间的换热管，所述散热管包括基管16以及位于基管外围的散热片18-20，如图2、3所示，所述基管的横截面是圆弧形，所述散热片包括第一散热片18和第二散热片19、20，所述第一散热片18是从圆弧形的圆弧的中点向外延伸的，所述第二散热片19、20包括从圆弧形的两条边所在的面向外延伸的多个散热片19以及从第一散热片向外延伸的多个散热片20，向同一方向延伸的第二散热片19、20互相平行,例如，如图2所示，从圆弧形第二边22(左边的边)向外延伸的第二散热片19、20互相平行，从等腰三角形第一边21(即右边的边)向外延伸的第二散热片19、20互相平行，所述第一散热片18、第二散热片19、20延伸的端部形成等腰三角形，如图2所示，等腰三角形的腰的长度为S；所述基管16内部设置第一流体通道17，所述第一散热片18内部设置第二流体通道25，所述第一流体通道18和第二流体通道连通25。例如，如图2所述，在圆弧的中点的位置连通。

通过如此的结构设置，可以使得基管16外部设置多个散热片，增加散热，同时在第一散热片内部设置流体通道，使得流体进入第一散热片内，直接的与第一散热片相连的第二散热片进行换热，增加了散热能力。

所述散热器优选为供暖散热器，所述第一流体通道和第二流体通道的流体优选为水。

一般散热管都是四周或者两边设置散热片，但是在工程中发现，与墙壁接触的一侧的散热片一般情况下对流换热效果不好，因为空气在墙壁侧流动的相对较差，因此本发明将圆弧形底边23设置为平面，因此安装散热片的时候，可以直接将平面与墙壁紧密接触，与其它散热器相比，可以大大的节省安装空间，避免空间的浪费，同时采取特殊的散热片形式，保证满足最佳的散热效果。

作为优选，所述第二散热片19、20相对于第一散热片18中线所在的面镜像对称，即相对于圆弧的中点和底边所在的中点的连线所在的面镜像对称，或者说相对于圆弧的中点和圆弧所在的圆心的连线所在的面镜像对称。

作为优选，第二散热片垂直于等腰三角形的两条腰延伸。

圆弧形的中点与弧的端点的连线性形成的夹角a以及弧的长度一定的情况下，第一散热片18和第二散热片19、20越长，则理论上换热效果越好，在试验过程中发现，当第一散热片和第二散热片达到一定长度的时候，则换热效果就增长非常不明显，主要因为随着第一散热片和第二散热片长度增加，在散热片末端的温度也越来越低，随着温度降低到一定程度，则会导致换热效果不明显，相反还增加了材料的成本以及大大增加了散热器的占据的空间，同时，换热过程中，如果第二散热片之间的间距太小，也容易造成换热效果的恶化，因为随着散热管长度的增加，空气上升过程中边界层变厚，造成相邻散热片之间边界层互相重合，恶化传热，散热管长度太低或者第二散热片之间的间距太大造成换热面积减少，影响了热量的传递，因此在相邻的第二散热片的距离、圆弧形的边长、第一散热片和第二散热片的长度以及散热器基体长度之间满足一个最优化的尺寸关系。

因此，本发明是通过多个不同尺寸的散热器的上千次试验数据总结出的最佳的散热器的尺寸优化关系。

相邻的所述的第二散热片的距离为L1，所述圆弧形的底边长度为W，所述等腰三角形的腰的长度为S，满足如下公式：

L1/S*100＝A*Ln(L1/W*100)+B*(L1/W)+C，其中Ln是对数函数，A、B、C是系数，0.66<A<0.70，21<B<24，3.3<C<5.2；

0.06<L1/S<0.07,0.08<L1/W<0.10

3mm<L1<5mm

40mm<S<75mm

30mm<W<50mm

圆弧形的中点与圆弧形的两端点的连线形成的顶角为a，100°<a<160°。

作为优选，基管长度为L，0.02<W/L<0.04，800mm<L<2500mm。

作为优选，A＝0.68，B＝22.6,C＝4.3。

需要说明的是，相邻第二散热片的距离L1是从第二散热片的中心开始算起的距离，如图1所示的那样。

通过计算结果后再进行试验，通过计算边界以及中间值的数值，所得的结果基本上与公式相吻合，误差基本上在3.44％以内，最大的相对误差不超过3.78％，平均误差是2.32％。

优选的，所述的相邻的第二散热片的距离相同。

作为优选，第一散热片的宽度要大于第二散热片的宽度。

优选的，第一散热片的宽度为b1，第二散热片的宽度为b2，其中2.2*b2<b1<3.1*b2；

作为优选，0.9mm<b2<1mm,2.0mm<b1<3.2mm。

作为优选，第二流体通道的宽度为第二散热片的宽度的0.85-0.95倍，优选为0.90-0.92倍。

此处的宽度b1、b2是指散热片的平均宽度。

通过实验发现采取上述的优化的散热片宽度、通道宽度等效果，能够达到最佳的换热效果。

优选的，对于第二散热片之间的距离是按照一定的规律进行变化，具体规律是从圆弧的端点到圆弧的中点，从圆弧的两条边21、22延伸的第二散热片19之间的距离越来越小，从圆弧的中点到第一散热片18的端部，从第一散热片18延伸的第二散热片20之间的距离越来越大。主要原因是在圆弧上设置的第二散热片，散热量从圆弧端点到圆弧中点逐渐增加，因此需要增加散热片的数量，因此通过减少散热片的间距来增加散热片的数量。同理，沿着第一散热片18，从圆弧中部到端部，散热的数量越来越少，因此相应的减少散热片的数量。通过如此设置，可以极大的提高散热效率，同时极大的节省材料。

作为优选，从圆弧的端点到圆弧的中点，从圆弧的两条边延伸的第二散热片19之间的距离减少的幅度越来越小，从圆弧的中点到第一散热片18的端部，从第一散热片18延伸的第二散热片20之间的距离增加的幅度越来越大。通过实验发现，通过上述设置，与增加或者减少幅度相同相比，能够提高大约15％的散热效果。因此具有很好的散热效果。

作为优选，虽然第二散热片的宽度或者距离发生变化，但是优选的是，依然符合上述最佳公式的规定。

优选的，如图5所示，在第一和/或第二散热片上设置孔24，用于破坏层流底层。主要原因是第二散热片主要通过空气的对流进行换热，空气从第二散热片的底部向上进行自然对流的流动，在空气向上流动的过程中，边界层的厚度不断的变大，甚至最后导致相邻第二散热片之间的边界层进行了重合，此种情况会导致换热的恶化。因此通过设置孔24可以破坏边界层，从而强化传热。

优选的，孔24的形状是半圆形或者圆形。

优选的，孔24贯通整个散热片。

作为一个优选，沿着空气的流动的方向，即从散热器的底部到散热器的顶部，孔24的面积不断的增大。主要原因是沿着空气的流动的方向，边界层的厚度不断的增大，因此通过设置不断增加孔24的面积，可以使得对边界层的破坏程度不断的增大，从而强化传热。

优选的，最大面积的孔24是最小面积的1.25-1.37倍，优选是1.32倍。

优选的，所述云端服务器与所述控制器通过以太网连接。

优选的，所述控制器包括第一通讯单元；所述云端服务器包括第二通讯单元；所述控制器的第一通讯单元与所述云端服务器28的第二通讯单元连接。如第一通讯单元与第二通讯单元之间可以采用TCP/IP协议连接。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种太阳能系统，所述系统包括集热器、蓄热器和散热器、第一阀门、第二阀门、温度传感器，所述集热器与蓄热器连通形成循环回路，集热器与散热器连通形成循环回路，蓄热器和散热器所在的管路并联，集热器吸收太阳能，加热集热器中的水，加热后的水通过出水管路分别进入蓄热器和散热器，在散热器中进行换热，在蓄热器中和散热器中流出的水在经过回水管路进入集热器中进行加热；

第一阀门设置在散热器所在的管路的入口管的位置，用于控制进入散热器的水的流量，第二阀门设置在蓄热器所在的管路的入口管的位置，用于控制进入蓄热器的水的流量，温度传感器设置在散热器的入口的位置处，用于测量进入散热器的水的温度；

所述系统还包括中央控制器，所述中央控制器与第一阀门、第二阀门、温度传感器进行数据连接，以便监控第一阀门、第二阀门的开度和温度传感器测量的温度。

所述中央控制器与云端服务器数据连接，以便将监控的数据传递给云端服务器，云端服务器与客户端连接，客户端可以通过云端服务器得到监控的数据；

客户端根据得到的数据，输入第一阀门开度、第二阀门的开度的数值，通过云端服务器传递给中央控制器，通过中央控制器来调节第一阀门开度、第二阀门的开度。

2.如权利要求1所述的太阳能系统，所述系统还包括自动模式，所述自动模式运行如下：当温度传感器测量的温度低于一定的温度的时候，中央控制器控制阀门加大开度，同时控制阀门减少开度，以加大进入散热器的热水的流量来加大散热量；当温度传感器测量的温度高于一定的温度的时候，中央控制器控制阀门减少开度，同时控制阀门加大开度，以减少进入散热器的热水的流量。

3.如权利要求1或2所述的太阳能系统，所述散热器包括上集管和下集管及其位于上集管和下集管之间的圆弧形截面的散热管，所述散热管包括基管以及位于基体外围的散热片，所述基管的横截面是圆弧形，所述散热片包括第一散热片和第二散热片，所述第一散热片是从圆弧的中点向外延伸，所述第二散热片包括从圆弧形的圆弧所在的面向外延伸的多个散热片以及从第一散热片向外延伸的多个散热片，向同一方向延伸的第二散热片互相平行,所述圆弧形的底边、第一散热片、第二散热片延伸的端部形成等腰三角形；所述基管内部设置第一流体通道，所述第一散热片内部设置第二流体通道，所述第一流体通道和第二流体通道连通。

4.如权利要求3所述的散热管，其特征在于，所述第二散热片相对于第一散热片中线所在的面镜像对称，相邻的所述的第二散热片的距离为L1，所述圆弧形的底边长度为W，所述等腰三角形的腰的长度为S，满足如下公式：

L1/S*100＝A*Ln(L1/W*100)+B*(L1/W)+C，其中Ln是对数函数，A、B、C是系数，0.66<A<0.70，21<B<24，3.3<C<5.2；

0.06<L1/S<0.07,0.08<L1/W<0.10

3mm<L1<5mm

40mm<S<75mm

30mm<W<50mm

圆弧形的中点与圆弧形的两端点的连线形成的顶角为a，100°<a<160°。

5.如权利要求4所述的散热管，其特征在于，基管长度为L，0.02<W/L<0.04，800mm<L<2500mm。