CN109990479B - 一种变频太阳能热泵热水器控制方法及系统 - Google Patents

一种变频太阳能热泵热水器控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变频太阳能热泵热水器控制方法及系统，包括以下步骤：系统运行参数初始化步骤，包括：(11)、根据初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0，获取初始最佳运行时间Time0，以及初始平均制热功率Qh0；(12)、根据所述初始平均制热功率Qh0计算压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0；按照压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0运行系统，系统运行过程中周期性调整压缩机运行频率和电子膨胀阀开度。本方法利用太阳能辐射热量来提高蒸发器热量的吸收，又利用空气热量来弥补太阳能辐射热量的不稳定性，使太阳能空气能双源合一达到提升太阳能热水器系统性能的目的。

Description

一种变频太阳能热泵热水器控制方法及系统
技术领域
本发明涉及太阳能热泵技术领域，具体地说，是涉及一种变频太阳能热泵控制方法及系统。
背景技术
太阳能热泵系统是通过直膨式蒸发器替代原有的热泵室外机，该蒸发器既可以吸收太阳能辐射热量又可以与空气换热，现有直膨式太阳能热泵面临的问题有1、由于不同的天气变化及昼夜更替导致太阳能辐照量发生变化，而目前太阳能热泵系统仅是按照传统的热泵系统控制方法，根据环温或者水箱设定温度与实际温度差值控制电子膨胀阀开度和压缩机运行，导致无法适应由太阳能辐照量发生变化而引起的换热量变化，无法最大化的利用太阳辐照能量。2、只根据过热度控制或者根据水箱温度环温控制压缩机运转，增加了压缩机运转时间同时不能提高热泵性能。现有控制方法中往往忽略热泵的加热运行时间，导致用户使用过程中加热时间过长影响用户体验。
发明内容
本发明为了解决现有太阳能热泵系统根据环温或者水箱设定温度与实际温度差值控制电子膨胀阀开度和压缩机运行，导致无法适应由太阳能辐照量发生变化而引起的换热量变化，无法最大化的利用太阳辐照能量的技术问题，提出了一种变频太阳能热泵热水器控制方法，可以解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种变频太阳能热泵热水器控制方法，包括以下步骤：
系统运行参数初始化步骤，包括：
(11)、根据初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0，获取初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为初始最佳运行时间Time0，以及加热过程中的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0；
(12)、根据所述初始平均制热功率Qh0计算压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0；
按照压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0运行系统，系统运行过程中周期性调整压缩机运行频率，以及根据压缩机的吸气过热度和排气过热度调整电子膨胀阀开度，当根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度时，还包括对电子膨胀阀开度进行修正的步骤。
进一步的，系统运行参数初始化步骤之前，还包括系统参数预处理步骤：
(01)、计算不同的环境温度Te及太阳辐照强度值E组合时，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为最佳运行时间Time，并生成最佳运行时间查找表，其中，b＞0；
(02)、计算各最佳运行时间Time所对应的平均制热功率Qh，所述平均制热功率Qh为将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的平均功率。
进一步的，步骤(11)中，初始最佳运行时间Time0的获取方法为：从所述最佳运行时间查找表中查找出初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0所对应的最佳运行时间，为初始最佳运行时间Time0，根据所述初始最佳运行时间Time0获取其所对应的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0。
进一步的，步骤(01)中，所述最佳运行时间Time为满足压缩机运行在最高能效比下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间。
进一步的，步骤(02)中，平均制热功率Qh的计算方法为：
Figure BDA0001534142400000021
其中，L为水箱的容积。
进一步的，步骤(11)之前还包括步骤(10)：获取当前环境温度，作为初始环境温度Te0，获取当前太阳辐照强度值，作为初始太阳辐照强度值E0。
进一步的，初始太阳辐照强度值E0的获取方法为通过仪器测得或者通过计算得到，当采用计算的方式获得初始太阳辐照强度值时，通过以下公式计算得到：
E＝f1(Tci,Te)+a，其中，a为常系数，Tci为蒸发器温度，Te为环境温度；
获取当前蒸发器温度作为蒸发器温度Tci，并且将初始环境温度Te0作为环境温度代入上述公式，得到初始太阳辐照强度值E0；
f1(Tci,Te)为太阳辐照强度值与环境温度Te、蒸发器温度Tci的相关函数。
进一步的，步骤(12)中压缩机的初始运行频率f0通过以下计算公式计算得到：
Qh＝f2(f,E,Te)
其中，f为压缩机的运行频率，将初始平均制热功率Qh0、初始太阳辐照强度值E0以及初始环境温度Te0代入上述公式，得到压缩机的初始运行频率f0，函数Qh＝f2(f,E,Te)为提前拟合得到。
进一步的，步骤(12)中电子膨胀阀初始开度的计算方法为：
将初始太阳辐照强度值E0与阈值Et进行比较，
当初始太阳辐照强度值E0＞Et时，
EXV0＝400(1+0.0046(Te0-20))(1+0.000188(E0-480))+0.1(f0-60)
当初始太阳辐照强度值E0≤Et时，
EXV0＝310(1+0.00168(Te0-15))(1+0.0009(E0-150))+0.1(f0-60)
其中，Et＞0。
进一步的，系统运行过程中调整电子膨胀阀开度的方法为：
开机t1时间内，电子膨胀阀开度保持不变，t1时间后，检测水箱中的水温，将水温与阈值Tw0进行比较，若水温大于阈值Tw0，则根据压缩机的排气过热度调整电子膨胀阀开度，否则，根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度，其中，t1＞0。
进一步的，根据压缩机的排气过热度调整电子膨胀阀开度的方法为：
计算压缩机的排气过热度ΔTr1；
将排气过热度ΔTr1与阈值进行比较，调整电子膨胀阀开度：
若ΔTr1≥T11，调节步数为K11；
若T12≤ΔTr1<T11，调节步数为K12；
若T13≤ΔTr1<T12，调节步数为K13；
若T14≤ΔTr1<T13，调节步数为K14；
若T15≤ΔTr1<T14，调节步数为K15；
若T16≤ΔTr1<T15，调节步数为K16；
若ΔTr1<T16，调节步数为K17；
其中，T11＞T12＞T13＞0；0≥T14＞T15＞T16；
K11＜K12＜K13＜0，K14＝0，0＜K15＜K16＜K17。
进一步的，压缩机的排气过热度ΔTr1的计算方法为：
ΔTr1＝Tr+e1-Td
其中，Td为压缩机的排气温度，Tr为水箱中水温，e1为排气补偿系数。
进一步的，根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度的方法为：
计算压缩机的吸气过热度ΔTr2；
将吸气过热度ΔTr2与阈值进行比较，调整电子膨胀阀开度：
若ΔTr2≥T21，调节步数为K21；
若T22≤ΔTr2<T21，调节步数为K22；
若T23≤ΔTr2<T22，调节步数为K23；
若T24≤ΔTr2<T23，调节步数为K24；
其中，T21＞T22＞T23＞T24≥0；
K21＞K22＞K23＞0，K24＜0。
进一步的，压缩机的吸气过热度ΔTr2的计算方法为：
ΔTr2＝T0-Tci+e2
其中，T0为压缩机的吸气温度，Tci为蒸发器温度，e2为温度补偿常数。
进一步的，根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度的过程中，在当压缩机频率调整后，对电子膨胀阀开度进行修正，修正幅度为ΔK，其中：
ΔK＝-0.3Δf，Δf为压缩机频率调整幅度。
进一步的，系统运行过程中调整压缩机运行频率的方法为：
(31)、开机t2时间后周期性检测水箱中水温Tw，当检测到水温上升ΔT时，计算水温上升ΔT的过程实际消耗的时间Δτ；
(32)、根据温升ΔT的预期消耗的时间τyq：
Figure BDA0001534142400000051
(33)、将实际消耗的时间Δτ与预期消耗的时间Δτyq相比较:
Δτ>Δτyq，Δf＝N1
Δτ＝Δτyq，Δf＝0
Δτ<Δτyq，Δf＝N2；
其中，N1＞0；N2＜0。
本发明同时提出了一种变频太阳能热泵热水器系统，包括压缩机、水箱、蒸发器、电子膨胀阀以及冷凝器，所述压缩机的吸气口与所述蒸发器的出口连接，所述压缩机的排气口与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述蒸发器的入口连接，所述冷凝器与所述蒸发器之间设置有电子膨胀阀，所述冷凝器设置在所述水箱内部或者外部，所述蒸发器为直膨式蒸发器，所述变频太阳能热泵热水器系统按照前述的变频太阳能热泵热水器控制方法执行控制。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的变频太阳能热泵热水器控制方法，通过引入太阳辐照强度值和环境温度外界环境变量，通过控制热泵在不同太阳辐照强度值和环境温度下最佳运行时间来控制热缩机运转。这样可以保证热泵的运行时间和在不同外界环境变量下取得最佳的系统性能，在运行过程中根据实际外界环境变化引起的系统温升速率变化，实时调整压缩机运行频率。本方法利用太阳能辐射热量来提高蒸发器热量的吸收，又利用空气热量来弥补太阳能辐射热量的不稳定性，使太阳能空气能双源合一达到提升太阳能热水器系统性能的目的。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所提出的变频太阳能热泵热水器控制系统的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，本实施例中的变频太阳能热泵热水器控制方法所采用的太阳能热泵热水器采用直膨式蒸发器，该蒸发器既可以吸收太阳能辐射热量又可以与空气换热吸收空气能，在光照好的时候，太阳能辐射热量高效而且集中，但是具有不稳定的特点，太阳辐照强度受地域差异、季节差异、以及昼夜差异影响均较大，为了使得太阳能热泵热水器适应太阳辐照强度和环境温度的变化，本方法提出了一种变频太阳能热泵热水器控制方法，利用太阳能辐射热量来提高蒸发器热量的吸收，又利用空气热量来弥补太阳能辐射热量的不稳定性，使太阳能空气能双源合一达到提升太阳能热泵热水器系统性能的目的，本方法所采用的太阳能热泵热水器系统如图1所示，包括压缩机1、水箱2、直膨式蒸发器3、电子膨胀阀4，冷凝器5，压缩机1的吸气口与直膨式蒸发器3的出口连接，压缩机1的排气口与冷凝器5的入口连接，冷凝器5的出口与蒸发器1的入口连接，冷凝器5设置在水箱2内部或者外部，冷媒在直膨式蒸发器3中吸热，在压缩机的驱动下至冷凝器与水箱中的水进行热交换，加热水箱中的水，本实施例中的压缩机1为变频式压缩机，其能够根据不同的外界环境变量调节压缩机频率，以达到发明目的，下面将以一具体实施例详细说明：
本控制方法包括以下步骤：
系统运行参数初始化步骤，包括：
S11、根据初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0，获取初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为初始最佳运行时间Time0，以及加热过程中的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0；
S12、根据所述初始平均制热功率Qh0计算压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0；
按照压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0运行系统，系统运行过程中周期性调整压缩机运行频率，以及根据压缩机的吸气过热度和排气过热度调整电子膨胀阀开度，当根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度时，还包括对电子膨胀阀开度进行修正的步骤。
本实施例的变频太阳能热泵热水器控制方法，通过引入太阳辐照强度值和环境温度外界环境变量，通过控制热泵在不同太阳辐照强度值和环境温度下最佳运行时间来控制热缩机运转。这样可以保证热泵的运行时间和在不同外界环境变量下取得最佳的系统性能，在运行过程中根据实际外界环境变化引起的系统温升速率变化，实时调整压缩机运行频率。本方法利用太阳能辐射热量来提高蒸发器热量的吸收，又利用空气热量来弥补太阳能辐射热量的不稳定性，使太阳能空气能双源合一达到提升太阳能热水器系统性能的目的。
系统运行过程中调整电子膨胀阀开度的方法为：
开机t1时间内，电子膨胀阀开度保持不变，t1时间后，检测水箱中的水温，将水温与阈值Tw0进行比较，若水温大于阈值Tw0，则根据压缩机的排气过热度调整电子膨胀阀开度，否则，根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度，其中，t1＞0。根据水箱中水温的状态，在水温的不同过程中分别采用吸气过热度和排气过热度进行控制膨胀阀的开度，水箱水温低时，吸气过热度控制可充分发挥系统性能制热而不会影响压缩机性能。当水箱水温高时，控制排气温度在一定范围内可保证冷凝器与水箱充分换热的同时不使排气温度过高而不导致压缩机过载。
作为一个优选的实施例，根据压缩机的排气过热度调整电子膨胀阀开度的方法为：
计算压缩机的排气过热度ΔTr1；
将排气过热度ΔTr1与阈值进行比较，调整电子膨胀阀开度：
若ΔTr1≥T11，调节步数为K11；
若T12≤ΔTr1<T11，调节步数为K12；
若T13≤ΔTr1<T12，调节步数为K13；
若T14≤ΔTr1<T13，调节步数为K14；
若T15≤ΔTr1<T14，调节步数为K15；
若T16≤ΔTr1<T15，调节步数为K16；
若ΔTr1<T16，调节步数为K17；
其中，T11＞T12＞T13＞0；0≥T14＞T15＞T16；
K11＜K12＜K13＜0，K14＝0，0＜K15＜K16＜K17。
压缩机的排气过热度ΔTr1的计算方法为：
ΔTr1＝Tr+e1-Td
其中，Td为压缩机的排气温度，Tr为水箱中水温，e1为排气补偿系数，e1为常数，取值如表1所示：
水箱温度Tr℃ e1
Tr≥55 e11
30≤Tr＜55 e12
20≤Tr＜30 e13
15≤Tr＜20 e14
5≤Tr＜15 e15
Tr＜5 e16
表1
e11可以通过实验室检测设定或者根据经验设置。
周期性调整电子膨胀阀开度，调节间隔为60s-120S。
根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度的方法为：
计算压缩机的吸气过热度ΔTr2；
将吸气过热度ΔTr2与阈值进行比较，调整电子膨胀阀开度：
若ΔTr2≥T21，调节步数为K21；
若T22≤ΔTr2<T21，调节步数为K22；
若T23≤ΔTr2<T22，调节步数为K23；
若T24≤ΔTr2<T23，调节步数为K24；
其中，T21＞T22＞T23＞T24≥0；
K21＞K22＞K23＞0，K24＜0。
其中，吸气过热度ΔTr2值考虑了集热板内部阻力，其计算方法为：
ΔTr2＝T0-Tci+e2
其中，T0为压缩机的吸气温度，Tci为蒸发器温度，e2为温度补偿常数。
根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度的过程中，为了满足电子膨胀阀开度调节与压缩机转速之间的耦合，当压缩机频率调整后，还包括对电子膨胀阀开度进行修正的步骤，修正幅度为ΔK，其中：
ΔK＝-0.3Δf，Δf为压缩机频率调整幅度。
压缩机频率调整后再次修正电子膨胀阀开度可有效防止压机频率变化导致的吸气过热度不稳定。
在系统运行过程之中，本方案中通过压缩机的排气过热度控制电子膨胀阀的开度调节，进而可以控制排气温度在一定范围内可保证冷凝器与水箱充分换热的同时不使排气温度过高而不导致压缩机过载。
作为一个优选的实施例，为了避免每次计算初始最佳运行时间Time0，提高系统响应速度，系统运行参数初始化步骤之前，还包括系统参数预处理步骤：
S01、计算不同的环境温度Te及太阳辐照强度值E组合时，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为最佳运行时间Time，并生成最佳运行时间查找表，其中，b＞0；
其中，最佳运行时间Time为不同的环境温度Te及太阳辐照强度值E组合时，满足压缩机运行在最高能效比下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间。
本步骤是在实验室环境下完成，通过改变环境温度Te和太阳辐照强度值E，每得一组环境温度Te和太阳辐照强度值E值，通过调整压缩机频率以及膨胀阀开度的方式调整系统运行模式，获取不同运行模式下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要运行时间，并且比较出能效比最高的运行模式所对应的运行时间，即为最佳运行时间Time。
本方法可以将外界环境参数与系统运行时间相结合，在环境和辐照较好的时间段，适当的减少热泵运行时间，在环境和辐照强度比较差的时间段，适当增加热泵的运行时间，既能保证变频热泵系统在同环境条件下取得最优的能效比又可保证热泵的运行时间在可控范围内。通过生成E-Te-Time查找表的方式，方便在获取E和Te两个环境参数时，通过查找表快速获取最佳运行时间Time，无需每次都要计算最佳运行时间Time，E-Te-Time查找表如表2所示：
Figure BDA0001534142400000101
表2
S02、计算各最佳运行时间Time所对应的平均制热功率Qh，平均制热功率Qh为将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的平均功率。也即，水箱中的水加热到设定温升b确定的，因此，若水箱的容积确定，所需要做的总功也是确定的，而完成做功需要的时间为最佳运行时间Time，因此各最佳运行时间Time所对应的平均制热功率Qh也可以相应计算出来。
步骤S02中，平均制热功率Qh的计算方法为：
Figure BDA0001534142400000111
其中，L为水箱的容积。
由于步骤S01中预先建立了E-Te-Time查找表，以及步骤S02中计算出了各最佳运行时间Time所对应的平均制热功率Qh，因此在步骤S11中，初始最佳运行时间Time0的获取方法为：从所述最佳运行时间查找表中查找出初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0所对应的最佳运行时间，为初始最佳运行时间Time0，根据所述初始最佳运行时间Time0获取其所对应的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0。
步骤S11之前还包括步骤S10：获取当前环境温度，作为初始环境温度Te0，获取当前太阳辐照强度值，作为初始太阳辐照强度值E0。由于外界环境变化较大，因此，每次热泵开启时，通过检测当前环境温度和当前太阳辐照强度值，并以此参与到后续的控制中，能够保证热泵的运行时间和在不同外界环境变量下取得最佳的系统性能。
初始太阳辐照强度值E0的获取方法可以通过仪器如太阳能辐射传感器测得，或者通过计算得到，由于太阳能辐射传感器价格较高，相应会增加产品成本，因此，优选采用计算的方式获得初始太阳辐照强度值，当采用计算的方式获得初始太阳辐照强度值时，通过以下公式计算得到：
E＝f1(Tci,Te)+a，其中，a为常系数，Tci为蒸发器温度，Te为环境温度；
f1(Tci,Te)为太阳辐照强度值与环境温度Te、蒸发器温度Tci的相关函数。
获取当前蒸发器温度作为蒸发器温度Tci，并且将初始环境温度Te0作为环境温度代入上述公式，得到初始太阳辐照强度值E0。蒸发器温度采用一个温度传感器即可获得，成本较低。
步骤S12中压缩机的初始运行频率f0通过以下计算公式计算得到：
Qh＝f2(f,E,Te)
其中，f为压缩机的运行频率，将初始平均制热功率Qh0、初始太阳辐照强度值E0以及初始环境温度Te0代入上述公式，得到压缩机的初始运行频率f0，Qh＝f2(f,E,Te)为压缩机的运行频率、太阳辐照强度值E、环境温度Te与平均制热功率Qh之间的函数关系，通过实验测试和数据提前拟合得到。
电子膨胀阀初始开度与环境参数、压缩机运行频率密切相关，依据理论计算和实验数据，综合考虑各因素，确定电子膨胀阀初始开度，本方法的步骤S12中电子膨胀阀初始开度的计算方法为：
将初始太阳辐照强度值E0与阈值Et进行比较，
当初始太阳辐照强度值E0＞Et时，
EXV0＝400(1+0.0046(Te0-20))(1+0.000188(E0-480))+0.1(f0-60)
当初始太阳辐照强度值E0≤Et时，
EXV0＝310(1+0.00168(Te0-15))(1+0.0009(E0-150))+0.1(f0-60)
其中，Et＞0。
系统运行过程中调整压缩机运行频率的方法为：
S31、开机t2时间后周期性检测水箱中水温Tw，当检测到水温上升ΔT时，计算水温上升ΔT的过程实际消耗的时间Δτ；
S32、根据温升ΔT的预期消耗的时间τyq：
Figure BDA0001534142400000121
ΔT取值范围3℃-10℃。
外界环境变化不同会导致系统制热量不同，最直接的反应是在水箱温升速率上。通过计算预期温升加热时间和实际温升的加热时间，可以适时的增加或者减少压缩机运行频率，从而可以更好的适应外界环境变化。
S33、将实际消耗的时间Δτ与预期消耗的时间Δτyq相比较:
Δτ>Δτyq，Δf＝N1
Δτ＝Δτyq，Δf＝0
Δτ<Δτyq，Δf＝N2；
其中，N1＞0；N2＜0。
运行过程中太阳辐照强度值增加或者环境温度升高引起温升速率大于预期温升速率时，也即Δτ<Δτyq，降低压缩机运行频率，防止吸气过热导致排气温度过高影响系统运转和系统寿命，当太阳辐照强度值降低或者环境温度降低导致系统温升速率小于系统期望速率时，也即Δτ>Δτyq，增加压缩机频率，提升排气温度，增加冷凝器与水箱传递效率，于此同时适当减小电子膨胀阀开度，使蒸发器冷媒充分吸热，防止系统吸气带液。通过预设环境参数和时间调整在保证热泵运行效率的同时保证热泵运行时间，防止热泵运行时间过长影响用户用水。
本实施例的变频太阳能热泵热水器控制方法持续运行，直至满足水箱中的水加热至设定温度。
本实施例将外界环境参数与系统运行时间相结合，在环境和辐照较好的时间段，适当的减少热泵运行时间，在环境和辐照强度比较差的时间段，适当增加热泵的运行时间，既能保证变频热泵系统不同环境条件下取得最佳COP又可控制热泵的制热时间。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
系统运行参数初始化步骤，包括：
(11)、根据初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0，获取初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为初始最佳运行时间Time0，以及加热过程中的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0；
(12)、根据所述初始平均制热功率Qh0计算压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0；
按照压缩机的初始运行频率f0和电子膨胀阀初始开度EXV0运行系统，系统运行过程中周期性调整压缩机运行频率，以及根据压缩机的吸气过热度和排气过热度调整电子膨胀阀开度，当根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度时，还包括对电子膨胀阀开度进行修正的步骤；
步骤(11)中，初始最佳运行时间Time0的获取方法为：从所述最佳运行时间查找表中查找出初始太阳辐照强度值E0和初始环境温度Te0所对应的最佳运行时间，为初始最佳运行时间Time0，根据所述初始最佳运行时间Time0获取其所对应的平均制热功率，为初始平均制热功率Qh0，最佳运行时间查找表包括不同的环境温度、太阳辐照强度值组合时，分别在不同运行模式下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要运行时间；
步骤(12)中压缩机的初始运行频率f0通过以下计算公式计算得到：
Qh＝f2(f,E,Te)
其中，f为压缩机的运行频率，将初始平均制热功率Qh0、初始太阳辐照强度值E0以及初始环境温度Te0代入上述公式，得到压缩机的初始运行频率f0，函数Qh＝f2(f,E,Te)为提前拟合得到。
2.根据权利要求1所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，系统运行参数初始化步骤之前，还包括系统参数预处理步骤：
(01)、计算不同的环境温度Te及太阳辐照强度值E组合时，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间，为最佳运行时间Time，并生成最佳运行时间查找表，其中，b＞0；
(02)、计算各最佳运行时间Time所对应的平均制热功率Qh，所述平均制热功率Qh为将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的平均功率。
3.根据权利要求2所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤(01)中，所述最佳运行时间Time为满足压缩机运行在最高能效比下，将水箱中的水加热到设定温升b时所需要的时间。
4.根据权利要求2所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，
步骤(02)中，平均制热功率Qh的计算方法为：
Figure FDA0003543386590000021
其中，L为水箱的容积。
5.根据权利要求1所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤(11)之前还包括步骤(10)：获取当前环境温度，作为初始环境温度Te0，获取当前太阳辐照强度值，作为初始太阳辐照强度值E0。
6.根据权利要求5所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，初始太阳辐照强度值E0的获取方法为通过仪器测得或者通过计算得到，当采用计算的方式获得初始太阳辐照强度值时，通过以下公式计算得到：
E＝f1(Tci,Te)+a，其中，a为常系数，Tci为蒸发器温度，Te为环境温度；
获取当前蒸发器温度作为蒸发器温度Tci，并且将初始环境温度Te0作为环境温度代入上述公式，得到初始太阳辐照强度值E0；
f1(Tci,Te)为太阳辐照强度值与环境温度Te、蒸发器温度Tci的相关函数。
7.根据权利要求1-6任一项所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，步骤(12)中电子膨胀阀初始开度的计算方法为：
将初始太阳辐照强度值E0与阈值Et进行比较，
当初始太阳辐照强度值E0＞Et时，
EXV0＝400(1+0.0046(Te0-20))(1+0.000188(E0-480))+0.1(f0-60)
当初始太阳辐照强度值E0≤Et时，
EXV0＝310(1+0.00168(Te0-15))(1+0.0009(E0-150))+0.1(f0-60)
其中，Et＞0。
8.根据权利要求1-6任一项所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，系统运行过程中调整电子膨胀阀开度的方法为：
开机t1时间内，电子膨胀阀开度保持不变，t1时间后，检测水箱中的水温，将水温与阈值Tw0进行比较，若水温大于阈值Tw0，则根据压缩机的排气过热度调整电子膨胀阀开度，否则，根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度，其中，t1＞0。
9.根据权利要求8所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，根据压缩机的排气过热度调整电子膨胀阀开度的方法为：
计算压缩机的排气过热度ΔTr1；
将排气过热度ΔTr1与阈值进行比较，调整电子膨胀阀开度：
若ΔTr1≥T11，调节步数为K11；
若T12≤ΔTr1<T11，调节步数为K12；
若T13≤ΔTr1<T12，调节步数为K13；
若T14≤ΔTr1<T13，调节步数为K14；
若T15≤ΔTr1<T14，调节步数为K15；
若T16≤ΔTr1<T15，调节步数为K16；
若ΔTr1<T16，调节步数为K17；
其中，T11＞T12＞T13＞0；0≥T14＞T15＞T16；
K11＜K12＜K13＜0，K14＝0，0＜K15＜K16＜K17。
10.根据权利要求9所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，压缩机的排气过热度ΔTr1的计算方法为：
ΔTr1＝Tr+e1-Td
其中，Td为压缩机的排气温度，Tr为水箱中水温，e1为排气补偿系数。
11.根据权利要求8所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度的方法为：
计算压缩机的吸气过热度ΔTr2；
将吸气过热度ΔTr2与阈值进行比较，调整电子膨胀阀开度：
若ΔTr2≥T21，调节步数为K21；
若T22≤ΔTr2<T21，调节步数为K22；
若T23≤ΔTr2<T22，调节步数为K23；
若T24≤ΔTr2<T23，调节步数为K24；
其中，T21＞T22＞T23＞T24≥0；
K21＞K22＞K23＞0，K24＜0。
12.根据权利要求11所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，压缩机的吸气过热度ΔTr2的计算方法为：
ΔTr2＝T0-Tci+e2
其中，T0为压缩机的吸气温度，Tci为蒸发器温度，e2为温度补偿常数。
13.根据权利要求1-6任一项所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，根据压缩机的吸气过热度调整电子膨胀阀开度的过程中，在当压缩机频率调整后，对电子膨胀阀开度进行修正，修正幅度为ΔK，其中：
ΔK＝-0.3Δf，Δf为压缩机频率调整幅度。
14.根据权利要求1-6任一项所述的变频太阳能热泵热水器控制方法，其特征在于，系统运行过程中调整压缩机运行频率的方法为：
(31)、开机t2时间后周期性检测水箱中水温Tw，当检测到水温上升ΔT时，计算水温上升ΔT的过程实际消耗的时间Δτ；
(32)、根据温升ΔT的预期消耗的时间τyq：
Figure FDA0003543386590000041
(33)、将实际消耗的时间Δτ与预期消耗的时间Δτyq相比较:
Δτ>Δτyq，Δf＝N1
Δτ＝Δτyq，Δf＝0
Δτ<Δτyq，Δf＝N2；
其中，N1＞0；N2＜0。
15.一种变频太阳能热泵热水器系统，包括压缩机、水箱、蒸发器、电子膨胀阀以及冷凝器，所述压缩机的吸气口与所述蒸发器的出口连接，所述压缩机的排气口与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述蒸发器的入口连接，所述冷凝器与所述蒸发器之间设置有电子膨胀阀，所述冷凝器设置在所述水箱内部或者外部，其特征在于，所述蒸发器为直膨式蒸发器，所述变频太阳能热泵热水器系统按照权利要求1-14任一项所述的变频太阳能热泵热水器控制方法执行控制。
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