CN105180477A - 一种针对大型太阳能集热系统的运行监控系统及方法 - Google Patents

一种针对大型太阳能集热系统的运行监控系统及方法 Download PDF

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翟晓强
李斌
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Abstract

本发明提供了一种针对大型太阳能集热系统的运行监控系统及方法，包括水箱上水循环监控，集热阵列集热循环监控，管路防冻循环监控，水箱上水循环监控模块用于监控水箱水位，保证系统用水；集热阵列集热循环监控模块用于监控集热阵列温度，使循环稳定安全运行；管路压力监控模块用于反映管路压力，降低系统流量不均及汽化的可能；管路防冻循环监控模块用于监控管路温度，避免在低温条件下发生结冰。本发明同时提出一种通过该系统完成的方法。本发明可以有效的降低大型集热阵列中存在的集热管过热及工质汽化等安全问题的发生，大大提高了大型太阳能集热系统运行的稳定性与可靠性。

Description

一种针对大型太阳能集热系统的运行监控系统及方法
技术领域
本发明涉及大型太阳能集热系统的检测领域，具体来说，涉及一种针对于大型太阳能集热系统的运行监控系统及方法。
背景技术
随着太阳能热利用行业从单户型的生活用水逐步向工程化系统化发展，越来越多的大型太阳能集热系统出现在工业，农业，商业等产业面。由于大型的太阳能集热系统起步较晚，很多方面都未能完善。为了保证系统能够长期处于稳定，连续，健康的运行状态，系统的运行监控起到了至关重要的作用。
对于大型太阳能集热系统设计及运行，国家颁布了国家标准《GB/T20095-2006太阳能热水系统性能评定规范》，给出了单个储水箱容积大于或等于0.6m2的太阳能热水系统性能的检验和评定方法。此外，在国家标准《GB/T18713-2002太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》中则对太阳能热水系统的设计，安装及验收提出了严格的技术要求。上述两个规范对太阳能热水系统的设计及运行都有着很大的指导价值，但是由于太阳能热利用行业的飞速发展，大型太阳能集热系统运行过程中的许多诸如系统部分区域过热，工质气化严重等问题就无法从上述规范中找到相应的处理方法。因此需要寻求一种新的运行监控方法来有效控制上述问题的发生。
经过现有的运行监控技术的公开文献检索发现，侯志敏等人在《现代电子技术》中发表文章“大型太阳能热水工程控制系统设计”，文中以AT89C51单片机为核心,辅以水位水温采集控制系统，利用太阳能进行加热，同时考虑到太阳能的间歇性自动补给进行能源转换，启动一种辅助能源进行加热，以达到全天候不间断地提供热水。赖小勇等人在《现代电子技术》中发表了文章“多模式多策略太阳能热水控制器的设计”，文中针对太阳能热水控制器控制模式单一的问题，提出了多模式热水控制器的设计方案，预设了20多种模式适用于60％的太阳能热水工程。上述文献虽然对太阳能热水工程的控制提出了一些方案，但是在具体实施过程中仍然存在有许多有待解决的问题。因此，在本领域需要一个具体详实的监控系统运行实施方案来对大型太阳能集热系统稳定运行提供保障。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种针对于大型太阳能集热系统的运行监控系统及方法，通过对系统实际运行情况的分析，提供一种与实际运行情况相匹配的控制方案，为系统的稳定运行提供保障。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种针对大型太阳能集热系统的运行监控系统，包括：水箱上水循环监控模块、集热阵列集热循环监控模块、管路压力监控模块以及管路防冻循环监控模块，其中：
所述水箱上水循环监控模块用于监控水箱水位，保证系统用水；
所述集热阵列集热循环监控模块用于监控集热阵列温度，使循环稳定安全运行；
所述管路压力监控模块用于反映管路压力，降低系统流量不均及汽化的可能；
所述管路防冻循环监控模块用于监控管路温度，避免在低温条件下发生结冰等现象。
本发明还提供一种针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，通过上述的系统来完成。
所述水箱上水循环监控模块采用水位控制的方式，当水箱内水位低于水位下界时，系统自动开始上水；当水量超过水位上界，停止上水；当水箱内水位传感器发生故障时，可以强制进行手动上水与停止上水的操作。
在上水过程中集热阵列集热循环仍然可以运转。
所述集热阵列集热循环监控模块采用温差控制方式，当出口水温与水箱水温的温差高于一个设定值a时，循环继续运行，当温差小于另一较小的设定值b时，循环停止，如果初始时刻设定值不高于a，则循环停止；当太阳辐照量持续高于设定值一定的时间后，集热循环启动。
出口水温的串联连接测点布置于串联管路最末端的集热器上，并联连接测点布置于干路四分之三处支路至干路末端支路的集热器上。
当有多个测点同时测量时，当其中任何一个测点的温度与水箱温度的温差高于设定值a时，循环启动，当所有测点的温度与水箱温度的温差低于设定值b时，循环停止。
当水箱温度高于设定临界值c时，循环停止。
所述管路压力监控模块依照供回水管路的压差决定相应管路阀门的开度，进而决定该管路的水流量，控制回水压力以避免阵列中发生汽化。
所述管路防冻循环监控模块采用温度控制的方式。当管路中温度低于设定值d时，防冻循环启动；当温度提升至另一较高设定值e时，防冻循环停止。
当有多个测点测量管路温度时，当其中任何一个测点的温度低于设定值d时，防冻循环启动；当所有测点温度都高于设定值e时，防冻循环停止。
从上述技术方案可以看出，本发明具有如下优点：
1、水箱上水循环控制保证了系统的水循环，在不干扰集热循环正常运转的前提下有效避免了水泵空转的出现。
2、提出了对于大型集热阵列的集热循环控制方式并指明了温度测点布置位置，对于大型太阳能集热阵列的排布及测点的布置提供了指导意见。
3、设置了多级安全控制措施，可以有效降低大型集热阵列中存在的过热及工质汽化等安全问题的发生。
4、本发明提出的针对大型太阳能集热阵列的运行监控方法，填补了目前这一领域的空白，为后续的设计及优化提供了参考。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所提供的系统框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的针对大型太阳能集热阵列的运行监控系统，通过归纳目前大型太阳能集热系统所遇到的问题，提出了相应的监控方法，即监测集热系统中集热阵列、水箱、管路中的温度、压力等参数，来对整个系统的运行进行相应的控制调整，来达到使系统稳定运行的效果。
图1所示，本发明系统包括：水箱上水循环监控模块，集热阵列集热循环监控没空看，管路压力监控模块以及管路防冻循环监控模块。其中：
水箱上水循环监控模块用于监控水箱水位，保证系统用水；
集热阵列集热循环监控模块用于监控集热阵列温度，使循环稳定安全运行。
管路压力监控模块用于反映管路压力，降低系统流量不均及汽化的可能。
管路防冻循环监控模块用于监控管路温度，避免在低温条件下发生结冰等现象。
结合一实施例对本发明做进一步的详细阐述：
对于该系统的水箱上水循环监控模块，借助水箱中的水位传感仪测量水箱水位，当水箱中的水位低于70％时，水箱进水口电磁阀开启，自由水经进水口流入水箱，直至水箱充满及水位达到100％时电磁阀关闭，停止上水。与此同时，在上水过程中，集热阵列的集热循环可以持续不断的运行。
对于该系统的集热阵列集热循环监控模块，由于集热阵列面积较大，串并联结构较为复杂，所以在系统中选取了48个测点测量集热器出口温度，测点选取过程中遵循串联管路测点布置于最后一个集热器上，并联管路测点布置于沿干路四分之三的支路至干路末端的支路上的原则。同时在阵列边布置辐照测点，其方位角和倾角与集热器相同。当当日日照辐射超过400W/m2，持续时间超过30分钟后，集热循环开始启动。集热循环启动后，比较集热器出口水温与水箱水温的温差，若有任何一个测点测量的集热器出口温度与水箱水温的温差高于8℃，则循环继续运行；若所有测点与水箱的水温温差都小于4℃，则循环停止。此外，当水箱温度高于75℃时，循环停止。
对于该系统的管路压力监控模块，由于部分条件下水温达到120℃或者更高，所以需要控制回水压力高于1.5个大气压。此外，还需控制进水与回水的压差以保证水流量。
对于该系统的管路防冻循环模块，在管路中均布了40个温度测点，当任何一个测点的温度低于4℃时，防冻循环启动；当所有测点的温度都高于8℃时，防冻循环停止。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种针对大型太阳能集热系统的运行监控系统，其特征在于，包括：
水箱上水循环监控模块：用于监控水箱水位，保证系统用水；
集热阵列集热循环监控模块：用于监控集热阵列温度，使循环稳定安全运行；
管路压力监控模块：用于反映管路压力，降低系统流量不均及汽化的可能；
管路防冻循环监控模块：用于监控管路温度，避免在低温条件下发生结冰。
2.一种针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，其特征在于，通过权利要求1所述的系统来完成。
3.根据权利要求2所述的针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，其特征在于，所述水箱上水循环监控模块采用水位传感器对水位进行控制，当水箱内水位低于水位下界时，系统自动开始上水；当水量超过水位上界，停止上水，当水箱内水位传感器发生故障时，具有手动上水与停止上水的功能。
4.根据权利要求3所述的针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，其特征在于，所述集热阵列集热循环监控模块采用温差控制方式，当出口水温与水箱水温的温差高于一个设定值a时，循环继续运行，当温差小于另一较小的设定值b时，循环停止，如果初始时刻设定值不高于设定值a，则循环停止；当水箱温度高于设定临界值c时，循环停止。
5.根据权利要求4所述的针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，其特征在于，当太阳辐照量持续高于设定值预设的时间后，集热循环启动。
6.根据权利要求5所述的针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，其特征在于，出口水温的测点选取过程中遵循串联管路测点布置于最后一个集热器上，并联管路测点布置于沿干路四分之三的支路至干路末端的集热器上的原则，同时在阵列边布置辐照测点，其方位角和倾角与集热器相同。
7.根据权利要求6所述的针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，其特征在于，当有多个测点同时测量时，当其中任何一个测点的温度与水箱温度的温差高于设定值a时，循环启动，当所有测点的温度与水箱温度的温差低于设定值b时，循环停止。
8.根据权利要求2所述的针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，其特征在于，所述管路压力监控模块依照供回水管路的压差决定相应管路阀门的开度，进而决定该管路的水流量。
9.根据权利要求2所述的针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，其特征在于，所述管路防冻循环监控模块采用温度控制的方式，当管路中温度低于设定值d时，防冻循环启动；当温度提升至另一较高设定值e时，防冻循环停止。
10.根据权利要求9所述的针对大型太阳能集热系统的运行监控方法，其特征在于，当有多个测点测量管路温度时，当其中任何一个测点的温度低于设定值d时，防冻循环启动；当所有测点温度都高于设定值e时，防冻循环停止。
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