CN113218092A - 一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法 - Google Patents

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李艾浓
黄凯良
赫娜
常莎莎
李旭林
田川
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Abstract

本发明公开了一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法，它涉及太阳能系统技术领域。其步骤为：对太阳辐射强度进行逐时测量，通过辐射测量仪传感器传回数据分析端，在太阳能系统运行之前，根据传回的太阳辐射强度，和由温度传感器采集到的太阳能集热器水箱的初始温度预测出的二元线性回归模型，得出开启太阳能集热器可能得到的出水温度，将预测得出的太阳能集热器的出水温度与其耦合的其他系统的出水温度进行对比，来判断选择开启的系统。本发明通过温度预测的方法，能更加精确地确定需要开启的功能系统，判断简单明了，直接有效，使与太阳能集热器耦合的复合系统得到精准控制，减少能量消耗，提高系统的能源利用率，应用前景广阔。

Description

一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法
技术领域
本发明涉及的是太阳能系统技术领域，具体涉及一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法。
背景技术
太阳辐射与地球上自然生物的发展密切相关，它通过控制气温、土壤湿度和蒸汽蒸腾、积雪和大量的光化学过程来影响环境和生物。因此，太阳辐射是驱使植物生长和能源分配的动力，对于能源学和林业学都是必须准确了解的一个关键要素。目前，一般与太阳能系统耦合的复合系统切换供能模式的方式多较复杂，且不统一，其在实际使用中具体的系统性能受天气环境，或水箱蓄热的效率的下降，或机组性能的降低等多种实际因素的影响。基于此，开发一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法尤为必要。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法，能直接准确地确定开启的系统，判断简单明了，直接有效，提高能源的利用率，减少能量损耗，易于推广使用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法，其步骤为：
(1)对太阳辐射强度进行逐时测量，通过辐射测量仪传感器传回数据分析端，并存储数据；
(2)在太阳能系统运行之前，根据传回的太阳辐射强度，和由温度传感器采集到的太阳能集热器水箱的初始温度预测出的二元线性回归模型，得出开启太阳能集热器可能得到的出水温度；
(3)将预测得出的太阳能集热器的出水温度与其耦合的其它系统的出水温度进行对比，来判断选择开启的系统。
作为优选，所述的步骤(1)根据太阳辐射测量仪对监测得到的太阳辐射强度，将测量得到的逐时太阳辐射强度传回数据分析端，对所测得的太阳辐射强度进行记录并在数据分析端进行分析。首先汇总、收集资料，建立以往的不同天气情况影响下太阳辐射强度的关系，统计以往的天气数据，再对太阳能集热器不同影响因素对太阳能集热器产生热水温度的相关性进行分析，如：水箱体积与集热面积的比例、玻璃集热管镀膜的质量、水的起始温度、水箱的保温性能，其中每天水的初始温度需要记录，其它影响因素可以通过调用厂家生产资料和测量得到；选取相关度大的影响因素与主要因素太阳辐射度建立数学模型，实现通过当日的天气状况预测太阳能集热器产生热水的温度，来达到太阳能集热器与其他能源耦合系统的温度切换。
作为优选，所述的步骤(2)根据传回的太阳辐射强度和太阳能集热器水箱的初始温度，即集热器的进水温度由二元线性回归来预测出集热器的出水温度，确定的公式为：
Tout＝θ0+θ1x1+θ2x2 (1)
其中，Tout为太阳能集热器出水温度，x1为太阳辐射强度，x2为水箱的温度，即集热器进水温度，θ0、θ1、θ2为常数。
作为优选，所述的步骤(3)通过温度预测得出太阳能集热器出水温度，将其与另一耦合的系统的出水温度进行对比，先对其温度判断是否达到供能温度：当系统的供能温度达不到要求时，开启电加热对供能水加热直至满足供能需求；当系统的供能温度达到要求时，再对两者温度进行比较，从而确定该复合系统中开启何种系统供热：若太阳能集热器温度大于另一耦合系统温度，则开启太阳能集热器；否则，开启另一耦合系统。
本发明的有益效果：本发明通过温度预测的方法，能更加精确地确定需要开启的功能系统，判断简单明了，直接有效，避免了因为人为因素判断失误导致系统的误开和控制策略设计的不当而导致的能源浪费，能够使与太阳能集热器耦合的复合系统得到精准控制，减少了水泵与机组的电能与寿命的消耗，提高系统的能源利用率，应用前景广阔。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的控制流程图；
图2为本发明的拟合数据模拟分析图；
图3为本发明的二元拟合图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法，其步骤为：
(1)对太阳辐射强度进行逐时测量，根据太阳辐射测量仪对监测得到的太阳辐射强度，将测量得到的逐时太阳辐射强度传回数据分析端，对所测得的太阳辐射强度进行记录并在数据分析端进行分析；
(2)在太阳能系统运行之前，根据传回的太阳辐射强度，和由温度传感器采集到的太阳能集热器水箱的初始温度预测出的二元线性回归模型，得出开启太阳能集热器可能得到的出水温度；
(3)将预测得出的太阳能集热器的出水温度与其耦合的其它系统的出水温度进行对比，来判断选择开启的系统。
本具体实施方式由太阳能辐射强度传感器输入至软件端，得到太阳能辐射强度，得到的太阳辐射强度与水箱温度由二元线性拟合得出太阳能集热器的出水温度预测，将太阳能集热器出水温度与另一耦合的其它系统的温度进行比较，先对其温度判断是否达到供能温度；再对两者温度进行比较，判断快开启的系统。对于该方法确定开启的系统，因太阳能的特殊性，只在白天由此方法选择开启太阳能系统还是与其耦合的系统。
值得注意的是，所述的步骤(1)首先汇总、收集资料，建立以往的不同天气情况影响下太阳辐射强度的关系，统计以往的天气数据，再对太阳能集热器不同影响因素对太阳能集热器产生热水温度的相关性进行分析，如：水箱体积与集热面积的比例、玻璃集热管镀膜的质量、水的起始温度、水箱的保温性能，其中每天水的初始温度需要记录，其它影响因素可以通过调用厂家生产资料和测量得到；选取相关度大的影响因素与主要因素太阳辐射度建立数学模型，实现通过当日的天气状况预测太阳能集热器产生热水的温度，来达到太阳能集热器与其他能源耦合系统的温度切换。通过对太阳辐射度和水箱初始温度进行二元回归预测，从而可以根据预测出的太阳辐射强度和根据温度传感器测量出的水箱温度进行预测太阳能系统的出水温度与其耦合系统的温度对比，来决定开启的系统。
该步骤测量太阳总辐射和分光辐射的仪器，其基本原理是将接收到的太阳辐射能以最小的损失转变成其它形式能量，如热能、电能，以便进行测量。用于总辐射强度测量的有太阳热量计和日射强度计两类，太阳热量计测量垂直入射的太阳辐射能，使用最广泛的是埃斯特罗姆电补偿热量计，如采用SOLAR-1太阳能辐射测量仪，该仪器包括太阳能辐射数据采集仪、传感器、数据系统处理软件，太阳能辐射数据采集仪按存储频率实时记录传感器的监测数据，并保存在内置芯片中，与上位机系统软件建立联接后可查看实时数据，并可以导出采集仪存储的历史数据，生成报表，以便存储及分析。
本具体实施方式步骤(2)根据传回的太阳辐射强度和太阳能集热器水箱的初始温度，即集热器的进水温度由二元线性回归来预测出集热器的出水温度，确定的公式为：
Tout＝θ0+θ1x1+θ2x2 (1)
其中，Tout为太阳能集热器出水温度，x1为太阳辐射强度，x2为水箱的温度，即集热器进水温度，θ0、θ1、θ2为常数。
该步骤对太阳能系统出水温度影响最大的就是太阳能辐射强度，对太阳能集热器系统来说，选取另一个主要影响因素：水箱的初始温度，、即集热器的进水温度，如图2，通过模拟对两者数据进行分析，对于其它的太阳能系统，比如光伏幕墙，还可以考虑其它的影响因素与太阳能辐射强度几个相互独立且呈线性关系的参数共同用来做多元线性拟合。通过对太阳能辐射强度和水箱初始温度进行分析，成线性关系，建立太阳能辐射强度与水箱初始水温的二元线性回归方程，进行温度预测。
本具体实施方式步骤(3)通过步骤(2)中温度预测得出太阳能集热器出水温度，与另一耦合的系统的出水温度进行对比，从而确定选择开启的系统进行供能或蓄热。首先对其温度判断是否达到供能温度：当系统的供能温度达不到要求时，开启电加热对供能水加热直至满足供能需求；当系统的供能温度达到要求时，再对两者温度进行比较，从而确定该复合系统中开启何种系统供热：若太阳能集热器温度大于另一耦合系统温度，则开启太阳能集热器；否则，开启另一耦合系统。
本具体实施方式在太阳能集热器开启前对太阳能集热器的出水温度进行预测，从而确定复合系统之间互相切换开启的最佳时间，避免水泵和机组开启后确不能为复合系统的最佳工况，其技术优势在于：
①通过太阳能辐射度预测的方法，可以在各种天气情况下对太阳能集热器开启后产生的热水温度进行预测，从而更加直接准确地确定开启的系统。
②采取太阳能温度预测与其它系统出水温度相比较的方法更为直接，也避免了因运行策略设置失误的因素导致机组和水泵的误开启，或开启无效的情况。
③对于复合系统与蓄能水箱相结合的系统形式，决定开启何种系统将热量存储在蓄能水箱中，避免了蓄存水箱热量的浪费，提高了能源的利用率，减少了机组和水泵的能量的损耗。
综上，本方法采用直接的温度判断模式更便利、更有效，判断简明，解决了长时间以来太阳能复合能源系统各子系统之间如何选择的问题，为太阳能系统耦合复合系统运行策略的制定提供了一种新的思路，具有广阔的市场应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法，其特征在于，其步骤为：
(1)对太阳辐射强度进行逐时测量，通过辐射测量仪传感器传回数据分析端，并存储数据；
(2)在太阳能系统运行之前，根据传回的太阳辐射强度，和由温度传感器采集到的太阳能集热器水箱的初始温度预测出的二元线性回归模型，得出开启太阳能集热器可能得到的出水温度；
(3)将预测得出的太阳能集热器的出水温度与其耦合的其他系统的出水温度进行对比，来判断选择开启的系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法，其特征在于，所述的步骤(1)根据太阳辐射测量仪对监测得到的太阳辐射强度，将测量得到的逐时太阳辐射强度传回数据分析端，对所测得的太阳辐射强度进行记录并在数据分析端进行分析。
3.根据权利要求2所述的一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法，其特征在于，所述的步骤(1)首先汇总、收集资料，建立以往的不同天气情况影响下太阳辐射强度的关系，再对太阳能集热器不同影响因素对太阳能集热器产生热水温度的相关性进行分析，建立数学模型，实现通过当日的天气状况预测太阳能集热器产生热水的温度，来达到太阳能集热器与其他能源耦合系统的温度切换。
4.根据权利要求1所述的一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法，其特征在于，所述的步骤(2)根据传回的太阳辐射强度和太阳能集热器水箱的初始温度，即集热器的进水温度由二元线性回归来预测出集热器的出水温度，确定的公式为：
Tout＝θ0+θ1x1+θ2x2 (1)
其中，Tout为太阳能集热器出水温度，x1为太阳辐射强度，x2为水箱的温度，即集热器进水温度，θ0、θ1、θ2为常数。
5.根据权利要求1所述的一种基于温度预测的太阳能集热器耦合系统运行方法，其特征在于，所述的步骤(3)通过温度预测得出太阳能集热器出水温度，将其与另一耦合的系统的出水温度进行对比，先对其温度判断是否达到供能温度：当系统的供能温度达不到要求时，开启电加热对供能水加热直至满足供能需求；当系统的供能温度达到要求时，再对两者温度进行比较，从而确定该复合系统中开启何种系统供热：若太阳能集热器温度大于另一耦合系统温度，则开启太阳能集热器；否则，开启另一耦合系统。
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