家用太阳热水系统

家用太阳热水系统（精选十篇）

家用太阳热水系统 篇1

太阳能是一种重要的、可再生的清洁能源,是取之不尽、用之不竭的、无污染、人类能够自由利用的能源。太阳每秒钟到达地面的能量高达50万千瓦,假如把地球表面0.1%的太阳能转换为电能,转变率5%,每年发电量可达5.6×1012 kW·h,相当于目前世界上能耗的40倍。从长远来看,太阳能的利用前景最好,潜力最大。近30年来,太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展,成为快速、稳定发展的新兴产业之一[1]。

本研究给出了家用太阳能光伏发电系统的设计方法及施工要求。

1 太阳能光伏发电应用现状

太阳能转换为电能的技术称为太阳能光伏发电技术(简称PV技术)。太阳能光伏发电不仅可以部分替代石化燃料发电,而且可以减少CO2和有害气体的排放,防止地球环境恶化,因此发展太阳能光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。目前发达国家如美国、德国、日本的光伏发电应用领域从航天、国防、工业转向了民用。德国的“百万屋顶计划”使许多家庭不仅利用太阳能光伏发电解决了自家供电,而且这些家庭还办成了一所所私人的“小型电站”,能够源源不断地向公用电网输送电能[2]。

近几年,我国光伏行业发展也非常迅速。政府对光伏发电较为重视,国家发改委实施“送电到乡”、“光明工程”等项目,地方政府陆续启动光伏照明项目工程。与此同时,偏远地区消费者逐渐认可光伏产品,越来越多的居民开始使用家用太阳能电源等产品。光伏应用市场发展较为迅速。但目前我国的太阳能光伏发电技术与国外相比还有很大差距,主要表现为生产规模小、技术水平较低、电池效率低、成本高。因此我国还必须不断改进技术,扩大生产规模,使我国的太阳能光伏发电产业更上新台阶[3,4]。

2 太阳能光伏发电系统结构

太阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏”效应,将太阳光的辐射直接转换为电能的一种新型的发电系统。它的规模可大可小,在发电过程中不会排放污染物质,具有安装方便,没有噪音,整个寿命期间几乎无需维护等优点。太阳能光伏发电系统分为两大类,一类是太阳能光伏发电独立系统,另一类是太阳能光伏发电并网系统。太阳能光伏发电独立系统主要包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分,其结构如图1所示。

本研究设计的家用太阳能光伏发电系统为独立发电系统,而家用太阳能光伏发电系统一般安装在比较偏远或偏僻的地区使用。因此在设计过程中应充分考虑实际情况,一般应遵循经济适用原则,可靠性高、牢固耐用、容易维护、充分考虑地理、气候环境的影响[5,6,7]。

3 家用太阳能光伏发电系统设计

广西来宾市位于广西中部,地理坐标为北纬23°16′~26°29′、东经108°24′~110°28′之间,年平均日照1 760 h,接收太阳辐射量为100~110 cal/cm2,该地的平均日照时间为6 h。系统要求:蓄能天数为5天,蓄电池放电深度50%,转换效率85%;线损5%。

3.1 客户用电需求

太阳能光伏发电系统所要带动的负载包括:

4个15 W节能灯,日均工作6 h;1个100 W的21寸彩电,日均工作3 h;1个40 W交流电扇,日均工作4 h;其他小型电器、手机充电器等10 W,日均工作3 h。

3.2 蓄电池组的容积计算

蓄电池的容积是根据系统日用电量、蓄能的天数及蓄电池放电的深度来确定的,其计算公式为:

$C=\frac{L\times D}{D{\rm O}D\times E{}_1\times (1-E{}_2)}(1)$

式中:L—系统日耗电量,单位kW·h;D—估计最多无风无光照的天数,或要求的蓄能天数;DOD—蓄电池的最大放电深度,约50%~80%;E1—系统能量转换率,约80%~90%;E2—电力传输损失,约5%。

由此计算出C=4 454.9 W·h,若选择12 V的标称电压铅酸蓄电池单体,串联成24 V电池蓄电池组,根据电池组容量安时数等于所需瓦时除以电池组电压,得电池组的容量为:

$C^{\prime }=\frac{C}{24}=\frac{4454.9}{24}=185.6\text{A}\cdot \text{h}(2)$

由计算可得电池组总容量为185.6 A·h,所以采用广州恒达蓄电池厂生产的6GFM系列阀控制式全密封铅酸蓄电池,由4块100 A·h/12 V蓄电池先两两串联再并联组成此蓄电池组。

3.3 控制器选择

由于系统日耗电L为790 W·h,根据当地平均日照时间为6 h,可以得出太阳能电池板需要的时均总功率为:

P总$=\frac{790}{6}=131.7\text{W}(3)$

根据太阳能电池对太阳光的转换效率90%,控制器和逆变器的转换效率为75%,得出太阳能电池板的功率为:

$\begin{array}{l}{\rm P}{}_{\text{板}}=131.7÷0.75÷0.9=195\text{W}\\ {\rm I}{}_{\text{板}}=195/24=8.12\text{A}\end{array}(4)$

由于蓄电池采用串联,又依据上述计算结果,笔者选择24 V/10 A的控制器,型号为DB-200。

3.4 逆变器功率选择

根据广西来宾用户的负载实况,要求计算出负载总功率为:

P负=4×15+40+30+100=230 W (5)

由于负载的总功率大于逆变器总功率的80%时,逆变器会发热过度,从而减少逆变器的使用寿命,所以选择逆变器时需要考虑其损耗率,则逆变器的功率计算如下:

P逆$=\frac{230}{80\%}=287.5\text{W}(6)$

根据计算得出逆变器的功率为287.5 W,因而本研究选用300 W的逆变器是最为合适的, 型号为SN-180。

3.5 太阳能电池方阵的计算

太阳能电池组件是太阳能供电系统工作的基础,它的功能是将太阳能辐射转化为电能,其光电转换效率决定了供电系统的工作效率,所以光电转换效率是选择太阳能电池组件需要考虑的一个重要参数。目前,太阳能电池主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅3种。其中单晶硅电池板的光电转换率为15%~20%以上,最高可以达到24%,使用寿命一般为15年左右,最高可达到25年。多晶硅电池板的光电转换率为12%,非晶硅约为10%,综合考虑,本系统的太阳能电池组件采用单晶硅太阳能电池[8,9,10]。

根据式(4)计算得到太阳能电池板的功率为195 W,本研究可以选择总功率为200 W的太阳能组件,为此选择用SRPV100-24/Ac型单晶硅太阳能电池标准组件(125单晶),由2块100 Wp的组件构成此太阳能方阵,单晶硅的转换效率为16%。

3.6 太阳能电池方阵的安装角度计算

由于太阳光照射到地面的角度时时刻刻都在变化,而太阳能电池只有在日光直射的时候发电的效率是最高的,因此太阳能电池方阵布置有两种方法:一种是安装向日跟踪系统;另外一种是根据计算确定最佳安装角度安装太阳能电池方阵。前者可以提高太阳能电池的发电效率,但成本很高,后一种虽然效率没有前者高,但建设成本较低,笔者综合考虑采用第2种方法。

接近回归线的地区,其安装倾斜角就越小。北回归线为23.45°,而广西来宾的纬度为23.7°,是十分接近回归线的地区,其光照也是十分丰富。所以根据该地实际情况,笔者选择中午12时的太阳高度角进行计算安装。即计算如下:

Q倾=180°-(90°+65.7°)=24.93° (7)

其中,65.7°为正午12时太阳高度角,依据以上计算可得太阳能电池方阵安装的倾斜角度为24.93°。在不影响太阳能电池方阵发电效率的基础上,本研究选择方便安装的25°倾斜角。

3.7 太阳能电池方阵的基础稳定性分析

作为在太阳能电池方阵基础上作用的荷重,第一考虑的是风压荷重,要考虑被强风吹动、倒塌、被风刮跑等后果,因此需要根据当地实际情况对太阳能电池方阵的基础稳定性进行分析计算。

4 结束语

本项目设计的系统已经为广西来宾县的用户提供了数月的用电量,系统运行稳定,也证明了设计的正确性。随着社会各界对“低碳经济”的重视,太阳能光伏发电应用也取得了飞速发展,国家已出台多项政策鼓励新能源产业发展,因此新的太阳能光伏产品将会源源不断地出现。

摘要：太阳能是最普遍的自然资源,也是取之不尽的可再生能源。为解决边远的农牧地区、偏僻的山区、孤立的岛屿等地方人们日常生活、生产用电的需要,改善人们的生活水平,进行了家用太阳能光伏发电系统的设计。根据当地的气象、环境状况及具体用电情况,给出了系统的设计方法及施工要求,包括蓄电池容量的计算、控制器的选择、逆变器功率的选择、太阳能电池组件的选择和布置等。安装运行以来,系统工作稳定正常,验证了设计的正确性。

关键词：太阳能光伏发电,太阳能电池组件,系统设计

参考文献

[1]王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京:化学工业出版社,2009.

[2]冯垛生.太阳能发电原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007.

[3]鞠振河.太阳能光伏产业化现状与技术分析[J].阳光能源,2009(3):42-43.

[4]潘柏英.太阳能光伏发电系统的设计[J].湖南师范学院学报,2008,30(2):45-48.

[5]龙维绪,涂洁磊,王志刚,等.家用太阳能光伏电源系统优化设计[J].太阳能,2008(8):27-31.

[6]都志杰.可再生能源离网型独立发电系统技术与应用[M].北京:化学工业出版社,2009.

[7][日]太阳光发电协会.太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].刘树民,宏伟,译.北京:科学出版社,2006.

[8]RAMON S.A Guide to Photovoltaic(PV)System Designand Installation[EB/OL].[2001-09-04].http://www.energy.ca.gov/reports/2001-09-04_500-01-020[1].pdf.

[9]WENHAM S R,GREEN M A,WATT M E.Applied Photo-voltacis[M].Australia,Centre for Photovolatic Devices andSystem,1994.

家用太阳热水系统 篇2

家用热水器的内部结构主要由四个核心部件：压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成。家用热水器的工作流程是这样的：压缩机将回流的低压冷媒压缩后，变成高温高压的气体排出，高温高压的热媒气体流经缠绕在水箱外面的铜管，热量经铜管传导到水箱内，冷却下来的冷媒在压力的持续作用下变成液态，经膨胀阀后进入蒸发器，由于蒸发器的压力骤然降低，因此液态的冷媒在此迅速蒸发变成气态，并吸收大量的热量。同时，在风扇的作用下，大量的空气流过蒸发器外表面，空气中的能量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低，变成冷气排进厨房。随后吸收了一定能量的冷媒回流到压缩机，进入下一个循环。

由以上的工作原理可以看出，家用中央节能热水器的工作原理与空调原理有一定相似，应用了逆卡诺原理，通过吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机的压缩变为高温热能，传递给水箱中，把水加热起来。整个过程是一种能量转移个过程，不是能量转换的过程，没有通过电加热元件加热热水，或者燃烧可燃气体加热热水。

家用热水器的安装

家用热水器通常安装在阳台，安装时只需将冷热水口与房屋预留的冷热水链接，通上即可使用，安装非常简便。家用热水器多采用微电脑智能控制器，内有时间设定，定时开关机功能，水温设定，过热保护等多种智能控制功能。不过大部分功能已由厂家在出厂时就设定好了，直接使用默认值就行了，基本上只需要设定你需要的温度就可以使用了。

家用热水器的保养

家用热水器通常使用寿命都在以上，不含易耗的加热元件，一般无需更换元件，正常使用下无需刻意保养。安装的时候注意做好相关防护，避免大雨浇淋和强阳光照射即可。

家用离网型太阳能光伏发电系统设计 篇3

1.光伏建筑一体化

一个典型的离网型BIPV系统主要由光伏组件方阵、充放电控制器、逆变器、蓄电池组和用户端等组成。该系统将光伏组件方阵所接受的太阳能作为系统唯一的能量来源。通过光伏方阵将太阳的辐射能转换为直流电能，再经过控制器稳压后一部分直接送入逆变器，输出交流电提供家庭交流负载使用；另一部分由控制器输出后供直流负载使用，多余的电能则通过控制器储存在蓄电池中。在遇到连续多云或阴雨天气时，光伏方阵输出电能不够，由蓄电池组向负载提供电能。

2.光伏发电系统设计原则

光伏发电系统的设计是否合理主要取决于设计理论容量和负载实际需求之间是否有偏差。若设计容量大于实际容量，势必导致系统成本过高和不必要的资源浪费；若设计容量小于实际容量，则会使系统实用性和可靠性降低。如何设计一个合理的家用离网型光伏发电系统，需要考虑的因素很多，包括地理条件、气象因素、建筑物结构、负载用电需求、连续阴雨天气等等，设计之初主要以“光伏发电量满足负载用电量”为原则。离网型光伏发电系统设计一是光伏发电系统的容量设计，主要是计算出满足系统用电要求及可靠工作的光伏方阵和蓄电池组容量；二是系统的配置设计，目的是选出适合系统的配置、设施及材料等，并与前期的容量设计相匹配。

3.离网型光伏发电系统设计方法和主要配置

（1）地理条件和气象数据收集

无论是设计离网系统还是并网系统，首先要收集现场的气候地理数据。文章所涉及的家用离网型光伏发电系统选址是位于东经120.13、北纬33.38的江苏省盐城市经济开发区内。盐城地处江苏北部，计算得全年平均日照时数为2293.5小时，日平均日照时数为6.28小时，年辐射总量为116.2～121.0千卡/cm2，峰值日照时数为5.2小时。光伏发电系统的安装地点直接影響系统的整体设计，建筑物（屋顶或墙壁）可利用敷设光伏组件的有效面积，决定着光伏方阵的最大容量。家用光伏发电系统设计之初必须要进行实地考察，再选择合理的设计方案。文章所涉系统经实地考察发现建筑周围近距离内无高大建筑遮挡，光照条件充足，并且建筑物坐北朝南，结构上有足够空间敷设光伏组件，适合安装太阳能光伏发电系统。

（2）负载分析

实际负载的大小及使用情况等等可能千变万化，不同类型的负载在计算时需要考虑的因素不同，首先要分析负载特性，判断是直流负载还是交流负载，是冲击性负载还是非冲击性负载，是白天负载、夜晚负载还是连续使用负载等。

工程设计时，为了准确地计算出负载实际耗电量，对负载特性判定是必不可少的，因为电池阵列的容量由负载的实际功率决定，蓄电池组的容量由负载的实际耗电量决定的。计算负载耗电量必须列出系统中所有用电器的功率、数量、日平均工作时间，还要考虑可能遇到连续阴雨天数等。本系统中所涉及用电器使用情况如表1所示。

（3）蓄电池组设计

蓄电池成本占离网型光伏系统总成本的1/3，直接系统使用寿命，选型时必须考虑以下因素：使用寿命长、充放电效率高、自放电率低、深放电能力强、少维护或免维护、工作温度范围宽、价格低廉。目前，光伏发电系统主要使用密封胶体免维护铅酸蓄电池，本系统蓄电池组容量计算如下：蓄电池组容量（Ah）=4天连续阴雨天日平均耗电量（Wh）/（系统工作电压*放电深度*逆变效率），其中系统工作电压取24V，放电深度取0.75，逆变效率取85%，计算得蓄电池组容量为800 Ah，所以选用48只400Ah/2V的蓄电池，12只串联，2只并联。

（4）太阳能电池方阵设计

太阳能电池方阵是光伏发电系统的核心部分。即使满足同样的负载耗电量，不同光照条件的地区选用太阳能电池的容量也是不同的。式1为太阳能电池方阵峰值功率计算公式

其中，QL为负载日耗电量，单位wh。Tm为平均峰值日照时间，单位h。将QL=2595wh，Tm=4h代入式1，计算得太阳能电池方阵峰值功率为970w。本例选用6块200W/12V的电池组件，3块串联，2块并联。另外，影响光伏方阵发电量的还有方阵安装的倾斜角和方位角。文章设计建筑屋顶为平顶，并且有足够大空间敷设电池组件，因此不考虑空间限制，根据工程设计经验，选取倾斜角为38°（盐城地区纬度+5°），方位角为接受太阳辐射能最多，发电量最大的正南0°。

（5）逆变器选型

独立光伏发电系统中，逆变器与蓄电池通常是相连的，电压输入相对稳定。逆变器的波形主要有正弦波、准正弦波和方波三种。1kW以上的小功率光伏发电系统一般选用正弦波逆变器。式2为逆变器功率计算公式逆变器功率=阻性负载功率×（1.2～1.5）+感性负载×（5～7） （式2）

将表1数据带入式2计算，选用PSI-1000型正弦波逆变器。

（6）控制器选型

太阳能光伏控制器控制整个系统的工作状态，对蓄电池起到过充过放电保护、短路保护、防反接保护的作用，在太阳能离网型光伏发电系统中是不可缺少的。控制器所能承受的方阵最大电流为1.25*组件的短路电流*组件的并联数，最大负载电流为1.25*负载功率/（0.8*系统工作电压），最终选择合肥阳光公司生产的SD24100型控制器。

4.结束语

文章用量化数据阐述了家用离网型光伏发电系统的设计原则，归纳了设计步骤，并给出设计和配置参数，为后人提供设计借鉴，对应用和推广光伏建筑一体化系统有重要指导意义。

（作者单位：盐城工业职业技术学院）

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家用太阳能热水器的防雷探讨 篇4

1 太阳能热水器简介

太阳能热水器是一个光热转换器, 通常由集热器、绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统组成。按集热器原理和结构可分为平板型热水器和真空管热水器。按工质流动方式不同, 一般分为自然循环型、强迫循环和直流型三种。通常集热器、储水箱设置在建筑物外, 是直击雷高发点, 电源和控制线路易感应雷电过电压。

2 太阳能热水器防雷技术探讨

防雷技术是一门不断发展的技术, 其与建筑、结构、电气、弱电等行业息息相关密不可分的。太阳能热水器的不断发展也对防雷技术提出了更高的要求, 要做好太阳能的防雷, 建筑、结构、电气、弱电各个环节都缺一不可。

2.1 集热器合理的安装型式可避免大部分雷击

使热水器及其他构件全部或者部分”躲藏”于建筑LPZ0区或更高防护区内。建筑设计阶段, 设计单位应充分考虑到太阳能热水器的防雷要求, 对其安装位置、高度、间距等提出明确的设计思路, 使太阳能热水器“能躲则躲”。

在建筑设计初期, 可以将太阳能集热器设置在建筑物的屋面、阳台、外墙面、墙体内 (嵌入式) 以及建筑物的其它部位。以下是几种典型的集热器安装模式:

1) 集热器安装在凸阳台外侧, 侧向安装的特性可使集热器遭受雷击的概率大大减小。高层建筑需考虑侧击雷防护。

2) 常见斜屋面安装方式之一:水箱用支架在屋脊骑脊式安装, 水箱需用单独避雷针保护。见图1:

3) 常见斜屋面安装方式之二:在屋面贴饼式安装。与屋面坡度协调, 其安装坡度宜与屋面坡度一致, 避免其高于屋脊上避雷带。见图2

4) 如图3、图4所示为镶嵌式安装, 取消了太阳能后支架和斜拉杆, 降低了集热器的相对高度。同时, 水箱还可采用隐蔽安装, 在屋顶看不见水箱和管道, 更加突出其建筑的美观性。

5) 平屋顶建筑可采用通过采取加高女儿墙避雷针带, 修建屋顶水箱间等办法, 使其不要成为屋面制高点。 (图5)

2.2 接闪器保护

在生活中, 多碰到屋面增设热水器或者热水器位置改动导致其不可能“隐藏”在已有接闪器庇护下。这个时候需要单独设置接闪器保护, 可在距离热水器机架一定距离安装简易避雷针【此距离可根据GB50057-94第3.4.8条公式估算】工程中一般不应小于1米。避雷针与屋面避雷带两点焊接。热水器应处于避雷针保护范围内。

关于热水器机架是否应与屋面接闪器做电气连接的问题, 我的观点是:若能保持足够的安全距离, 不要连接;如果满足不了安全距离, 则机架必须和屋面避雷带两点电气连接。理由是防止避雷针对机架产生反击放电, 避免机架流过绝大部分雷电流。连接以后, 机架和引下线一起作为泄放雷电流和传导高电压的媒介将雷电泄放入地。

2.3 合理布线

太阳能热水工程由外至内穿越屋面或墙面的主要管线有:一是冷水管, 二是热水管, 三是强弱电线。一般来说, 管线布置应隐蔽且相对集中, 冷热水管目前多用PPR管, PPR管由于其非金属特性, 不会感生雷电流。强弱电线能感生和传导雷电流, 应尽量采用金属套管敷设, 屏蔽管上端和太阳能热水器支架连接, 下端穿越楼板或墙体后与室内LEB就近连接。

此金属套管应在楼板或墙体工程阶段预埋。强电线尽量使用铠装双芯线, 信号线可以采用屏蔽双绞线 (八芯线) 传导控制信号, 强弱线路分槽敷设, 有效防止电磁干扰。

2.4 等电位连接

就是在建筑内管线入户处, 一般是在用户卫生间内, 设置局部等电位连接排 (LEB) 。国家规范《住宅设计规范》强制性条文:设洗浴设备的卫生间应做等电位联结。LEB连接什么呢?

卫生间电器设备PE线、建筑物的钢筋混凝土内钢筋、煤气管道、上水管、下水管、暖气管、电气线路金属屏蔽管、卫生间金属地漏、浴盆等金属卫浴设备。雷电流通过热水器PE线和金属屏蔽管分流在进入室内时, 恰在卫生间内的人体能处于一个相对的等电位状态, 避免遭受强雷击。

2.5 线路过电压保护

水温传感信号线、水位传感信号线 (对单个水箱一般为四芯线) 进入室内后, 显示装置前端应安装信号SPD。由于液位、温度传感线路工作在很低的电压水平, 一般在直流3V左右, 宜选用最大工作电压为6VDC, 标称放电电流In (8/20) 不小于500A的防雷元件, 插入损耗小于0.5dB。

辅助电加热系统单相AC220V电源线 (三根4mm2的导线) 在跨越进入室内应安装单相电源SPD。在热水器室内电源插座前端, 可采用插座式单相电源SPD。住户室外计量箱内 (或电表前) 应安装首级浪涌保护器。过电压保护器的设置, 避免了由热水器外部线路传导来的雷电流对室内配电系统的倒灌和蔓延。

3 结论

1) 合理安装集热器可避免大部分雷击;

2) 无处躲避的, 应安装简易避雷针保护;

3) 合理布线、等电位连接、过电压保护要做好。

摘要：针对目前家用太阳能热水器防雷安全隐患较大的现状, 从防直击雷、防感应雷、安装模式等方面探讨对太阳能热水器进行有效防护的方式。

关键词：太阳能热水器,直击雷防护,感应雷防护,安装模式

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.GB50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范.中国建筑工业出版社, 2005.

家用太阳热水系统 篇5

产品介绍：荷兰埃因霍温科技大学研究团队近日展示了他们设计的全球首辆太阳能家用汽车“Stella”。据介绍，“Stella”采用高效太阳能电池和轻质车身设计，全车总重380公斤，拥有真正的驾驶室和后排座椅，能容纳一家四口。在阴天时，借助车身顶端的太阳能电池板储存的能量，“Stella”单次最远可以行驶约250英里（约402公里）；晴天时，当太阳能电池充满电后，单次最远行程可达420英里（约676公里）。

编辑点评：尽管车内的装饰无法和现有的豪华轿车相比，但毫无疑问“Stella”的出现使太阳能汽车这种绿色能源交通工具步入普通家庭迈出了一大步。

菜市场蔬菜可扫描二维码

产品介绍：广东佛山市政府今年以来启动新一轮“菜篮子”工程建设，着力推动“菜篮子”基地标准化生产。据悉，佛山市诸多市场均已成为“菜篮子”流通基地，市场的蔬菜、家禽等均实现“二维码追溯”。 消费者用手机扫描农产品包装上的二维码，即可显示产品的生产工艺、生产商、生产日期等信息。

编辑点评：现如今食品安全问题越来越被大家关注和重视，“二维码追溯”很接地气，应该会深得年轻人的心。但是对于最常买菜的大爷大妈们来说还是高科技了点，实用性不是太强。

三星Galaxy Gear智能手表概念图

传三星宣布9月推出智能手表

产品介绍：据知情人士透露，三星将在9月推出该公司第一款智能手表Galaxy Gear。目前开发者收到了多种不同的三星智能手表设计，但其中大多数设计显示这款智能手表会配备一个方形的 2.5 英寸 OLED 彩色显示屏。根据外媒 Sammobile 收到的消息，Galaxy Gear 配备了 Exynos 4212 双核 1.5GHz 处理器，以及 1GB RAM。不过，Galaxy Gear并非市面上首款智能手表。索尼最近推出了第二代智能手表，可以与用户口袋里的智能手机配合。Pebble和I'm Watch等其他智能手表也已经上市一段时间。另有消息称，苹果公司也在开发智能手表。对三星自己而言，这也并非全新理念。该公司曾在1999年推出过一款手表手机。

编辑点评：智能手表将成为自iPad定义了平板电脑市场以来，消费电子产品市场最重要的新产品类别。但如果只是能够打电话、浏览网页、处理邮件的话，这对于2013年的移动设备来说，这样的功能真是毫不起眼。

机器人帮助孩子减轻痛苦

产品介绍：加拿大亚伯达省儿童医院引入了一个医用机器人MEDi，可以讲话、唱歌，在孩子打针时分散他们的注意力。这个小机器人外观成孩童形状，可跟孩子以多种方式互动，这样他们就可以忘记打针时的痛苦或者不快情绪。机器人会问候孩子，问他们最喜欢的电影、游戏、电视剧、并按孩子的要求播放音乐等，甚至还可以与小朋友进行简单游戏互动。据悉，研究团队准备继续测试，要让患者在像验血这种更紧张的状况下消除不安。所以接下来的目标是添加讲笑话、基于面部识别的互动、检查孩子生命体征。

编辑点评：对于成人来说，这样的机器人显然不够“酷”，但是对于天真的孩子们来说它们会是最好的小伙伴，尤其是对于被隔离的孩子们来说，有个机器人作伴绝对是一件幸福的事情。

欧洲研究人员研制出全功能微型人造复眼

产品介绍：欧洲研究人员日前宣布，他们已成功研制出全功能微型人造复眼，这一人造复眼模拟了果蝇的复眼，但体积较大，直径12.8毫米，重1.75克，由630个单眼组成，每个单眼又由一个透镜和一个电子感应器组成，左右视野达180度，上下视野达60度。据介绍，人造复眼具有广泛用途：把人造复眼安装在汽车和飞行器上，可制成防撞探测系统；安装在视力有障碍人士的衣服和帽子上，可制成导航系统；安装在智能住宅里，又可制成人和物体运动探测系统。

编辑点评：苍蝇不易被打死很大程度上得益于它的复眼，因为复眼视野广阔、视觉敏锐，因而复眼一直是仿生学的重要研究对象之一。有了这种技术，人们在用到它的领域也可以像苍蝇般灵敏啦！

光伏发电系统在家用太阳能的设计 篇6

21世纪是机遇与挑战并存的时代, 同时也是危机并存的时代。经济社会和科技创新的发展在给人们带来重要的物质保障的同时, 也给人们带来了能源危机、环境污染等巨大的问题。为了实现经济的可持续发展, 国家提出了科学发展观的要求, 强调建设资源节约型、环境友好型社会。为了实现可持续发展, 减少环境污染, 国家需要开发新的、可再生的清洁能源来代替不可再生、易造成污染的能源。太阳能资源就是新能源中最具代表性的能源, 它具有取之不尽、用之不竭、安全性高、无污染的特点, 对于解决我国目前环境中存在的问题非常有效, 因此, 对太阳能能源的开发与利用已成为现阶段科学研究的重点。

2 太阳能光伏发电的优点

太阳能光伏发电是利用科学的技术手段将太阳能辐射直接转变为电能的一种方法[1], 它的能量资源来自太阳能。据统计, 太阳照射到地球上的能量资源远远大于人类目前的消耗总量, 并且太阳能是一种清洁的、可再生的能源。对于太阳能资源的利用也比较方便, 太阳能在地球上分布广泛, 只要光照和地理位置合适, 就可以使用太阳能发电系统。现在的光伏发电设备非常方便, 装好后可以立即发电, 只需要符合机电电压的产品, 就可以投入使用, 不需要使用变压器。与传统的发电系统相比, 光伏发电系统除了使用简便, 不需架设输电线路、不需消耗燃料之外, 还具有清洁、无污染的优点, 这一优点正是我们开发和利用太阳能这一新型能源的主要原因, 有利于实现经济环境的可持续发展。此外, 光伏发电无噪音, 也无能耗无有毒气体的排放, 无水源冷却系统和设备, 大大减少了资金的投入, 降低了成本。最后, 光伏发电的可靠性更高, 使用寿命长。

当然, 光伏发电系统也存在一定的缺点。因为太阳能光伏发电直接受制于太阳能能量, 而阳光的照射间歇性大, 发电系统容易受到昼夜、阴雨天气、云层变化等的影响, 这也使得光伏发电存在某种不稳定性[2]。

但是, 相比于太阳能发电的优势, 我们仍然希望在未来的能源发展中太阳能能源可以得到更好地开发和利用。

3 太阳能光伏发电在我国的发展

我国使用的最主要能源是煤, 2020年我国预估煤炭的需求量为40亿t, 结合我国现存的煤炭存储量, 我国可用的煤炭年限仅剩下30年。为了我国的经济发展, 寻求可再生能源是目前最为迫切的任务。因此, 在科技发展的支持下, 国家把目光转向了源源不断的太阳能资源。和煤炭相比, 太阳的辐射能量是取之不尽的, 通过对太阳能的开发和利用可以有效解决能源枯竭的问题。

其次, 随着科技经济的快速发展, 有关人类生存环境的问题日益严重。环境污染包括水污染、大气污染等等, 而燃油和燃煤产生的二氧化硫是造成大气污染的主要因素。为了减少环境污染, 建设环境友好型社会, 国家面临着调整能源结构, 使用新型、清洁能源的问题。太阳能作为一种可再生能源, 具有清洁、无污染的特点, 极大满足了目前的需求。因此, 开发利用太阳能资源, 除了能有效解决能源枯竭的难题外, 还可为改善环境做出贡献。

此外, 虽然光伏发电的投资建设成本要高于火电建设的成本。但是, 因为太阳能是清洁无污染的清洁能源, 不会对环境造成污染, 因此环境治理成本要远低于火电的成本。太阳能资源不需要运送和开采, 因此可以节省开采和运输成本。所以, 从长远来看, 光伏发电系统比传统发电系统更具优势。

4 家用太阳能系统的设计

4.1 设计的基本原则

家用太阳能中的光伏发电系统一般应用于比较偏远的地区, 并且太阳能的使用在一定程度上受制于地区、天气等问题, 因此在设计的过程中, 应结合当地的具体实际情况, 遵循可靠性、经济适用性和气候环境等原则。

4.2 用电需求分析

家用太阳能系统目前主要用在贫穷偏远的地区, 光伏发电的高成本, 因此对偏远地区的人民来说, 首先需要满足的是群众的照明要求[3]。随着经济水平的不断提高, 用户的用电时间和供电保障也要有一定的满足。因而, 在对光伏发电系统进行设计之前, 需要充分了解负载的特性, 以便充分满足不同人群的不同需求。

4.3 太阳能电池方阵的选择

太阳能供电系统工作的基础是太阳能电池组件, 它的工作任务是将太阳能辐射转化为电能。选择太阳能电池组件需要考虑的一个重要参数是供电系统工作效率的光电转换效率[4]。在单晶硅、多晶硅和非晶硅3种太阳能电池中, 单晶硅电池板的光电转换效率最高, 在15%~20%以上, 其余2种电池的光电转换率仅为12%、10%。因此, 从综合角度来说, 光伏发电系统采用的是单晶硅太阳能电池组件。

5 结语

家用太阳能使用的是光伏发电系统, 该系统的使用与我国走可持续发展道路相吻合, 也是我国改变能源结构的重大举措。随着科技的进步, 人类对太阳能能源的开发和利用也会逐步深化, 这对于保护地球环境和资源, 实现可持续发展具有重大意义。

摘要：太阳能资源是大自然给予我们的取之不尽的可再生能源, 其与煤炭、油气等能源不同, 不仅可再生, 而且基本不会对环境造成污染。对太阳能资源的合理开发和利用, 可以有效解决我国现阶段能源危机和环境污染等问题。在科技发展的引领下, 光伏发电系统在家用太阳能中的设计也越来越成熟。论文介绍了太阳能光伏发电系统的优点以及在我国的发展现状, 并对光伏发电系统在家用太阳能中的设计进行了分析。

关键词：光伏发电系统,家用太阳能,设计

参考文献

[1]周虹, 林丽华, 朱锐敏, 等.太阳能光伏发电的前景分析[J].现代物业·现代经济, 2014 (5) :14-15.

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[3]龙维绪, 涂洁磊, 王志刚, 等.家用太阳能光伏电源系统优化设计[J]阳光能源, 2008 (8) :28-31.

家用太阳能热水器热性能测试台设计 篇7

2012年8月颁布的国家标准GB26969-2011《家用太阳能热水系统能效限定值及能效等级》[1]对于太阳能热水器行业具有里程碑的意义。该标准作为太阳能热水器行业的第一个强制性国家标准,要求太阳能热水系统的热性能必须满足能效要求,达到合格标准, 方能在市场上销售。为此,我们为某质检院搭建了太阳能热水器热性能测试台[2]。

1 测试台的设计研究

1.1 测试台设计的依据

本测试台设计的依据是使测试中的方法满足家用太阳能热水器热性能试验标准的要求,设计的测试台应具备可控制的进水温度、混水供水流量,同时具备可测量太阳辐照量、热水器贮热水箱进出水温度、环境温度、供水压力以及环境风速等功能,并且具备温度、压力等保护措施。

本测试台的测试内容包括太阳能热水器热性能试验和热损 试验两部 分。 根据GB/T18708-2002规定,试验中太阳能热水器贮热水箱得热量Qs(J)及热损系数Us(W/K)分别采用式(1)和(2)计算[3]:

其中:ρw为水的密 度,kg/m3;cpw为水的比 热容,J/ (kg℃);Vs为贮热水箱体积,m3;te为集热试验结束时贮热水箱内的水温,℃;tb为集热试验开始时贮热水箱内的水温,℃。

其中:Δτ为降温时间,s;ti为热损试验中贮热水箱的初始水温,℃;tf为热损试验中贮热水箱内的最终水 温,℃;tas(av)为贮热水箱附近的空气温度平均值,℃。

家用太阳能热水系统能效系数CTP是一个综合系数,它是在标准规定的测试条件下,由家用太阳能热水系统日有用得热量实测值与标准规定值之比及平均热损因数实测值与标准规定值之比得出:

其中:Qs(e)为试验条件下得到的家用太阳能热水系统单位轮廓采光面 积日有用 得热量,MJ/m2;Qs(m)为GB/19141中规定的家用太阳能热水系统单位轮廓采光面积日有用得热量最小值,MJ/m2;a为权重系数, 取0.9;Usl(e)为试验条件下得到的家用太阳能热水系统的平均热损因数,W/(m3·K);Usl(M)为标准规定的家用太阳能热水系统的平均热损因数最大值,W/ (m3·K)。

1.2 测试台系统组成

本测试台建立的目的是为了检测产品的能效等 级,研究太阳能集热器将太阳光能转化为热能的效率以及太阳能热水器贮热水箱的保温能力,用来评价产品是否满足国家标准,设计完成的家用太阳能热水器热性能测试台系统由水处理系统、6个工位子系统、数据采集系统和安全报警系统组成。

1.2.1 水处理系统

该测试台共采用两个恒温水箱,用于提供测试所需的恒温水。为了达到国家标准对水温控制精度的要求,采用二次电加热的方式对水温进行控制。水处理系统见图1,测试开始前,运行备水模式,采用一次电加热和冷水机组水处理系统给恒温水箱提前制备18 ℃的恒温水;试验开始时,在向贮热水箱注恒温水的过程中,通过二次电加热和供水泵将18℃的恒温水加热到20 ℃,并按照所设定的流量注入到贮热水箱中。

1.2.2 工位子系统

工位系统包括电磁流量计、三通调节阀、混水泵等,如图2所示。用带有快速接头的保温软管将太阳能热水器和工位的进出水口相连接,形成完整的水回路,对其进行性能测试试验。

在测试台设计之时,为了满足不同的测试需要,将整个测试系统的水环路分为两部分来考虑,即供水环路和混水环路。供水环路的作用是在测试开始时,将恒温水箱中的水按照各个工位所设定的流量注入到太阳能贮热水箱中,给太阳能热水系统提供一定温度的水。混水环路的作用是通过混水泵使太阳能热水器贮热水箱中的水温达到均匀。

1.2.3 数据采集系统

数据采集系统由铂电阻、温度传感器、压力传感器、数据采集仪、计算机数据采集软件和他们之间的通信连接组成。测试过程中,数据采集系统末端的各种传感器将采集的信号转换为电信号后传入数据采集仪,数据采集仪采集的参数分别通过四口串口卡接入计算机,在计算机上完成对测量数据的分析、处理、显示和存储等测试工作。

1.2.4 安全报警系统

为了使系统在运行过程中发生故障时得到及时报警和处理,本测试台设计了安全报警系统。报警探测元件包括温度传感器、压力传感器、相序保护、流量传感器等,报警的条件在PLC程序中已经写好,当发生故障时,通过辅助触点的通断向控制回路发出报警信号,信号通过输入端口进入PLC,由PLC程序判断是否触发报警条件,通过通信线将相应的报警信号传输至触摸屏,触摸屏显示故障信息,操作人员根据操作步骤对报警信息进行处理,及时检查系统,保证测试台的安全。

本系统采用声光报警方式,当传感器将报警信号传入PLC,经PLC判断后,故障原因在触摸屏报警页面显示出来,并关闭出现故障的设备,同时蜂鸣器发出声光报警。此时,操作人员应根据提示信息及时排除故障,并按报警复位开关,重新开启相应设备。

1.3 测试台主要参数控制方式

1.3.1 水流量控制方法

根据标准规定,水流量要求在60s之内达到所设定值(400L/h~600L/h),测试过程中水流量的控制主要由水泵调节,控制系统包括PID控制器、电磁流量计、PLC和变频器等。水流量控制回路图如图3所示。

在测试过程中,系统的水流量由水泵控制,电磁流量计采集的水流量信号进入PID控制器,PID控制器向变频器发出4mA~20mA的控制信号,变频器接收到信号后,调节水泵频率,将测试中的水流量稳定在试验所要求的范围内。

1.3.2 水温控制方法

试验过程中的水温是否能够稳定在标准要求的精度范围之内对测试的结果影响很大,因此测试中必须在指定的时间内达到恒定的温度。测试台的水温主要由制冷机组和电加热器调节,控制系统由温度传感器、 三相调功器、PID控制器、PLC等组成,控制原理如图4所示。

在测试过程中,贮热水箱入口水温由制冷机组和电加热器共同控制,因此首先需要设定PLC的温度设定值,然后开启制冷机组。在试验过程中,恒温水箱中的铂电阻将采集的温度信号送入PID控制器,PID控制器向PLC和调功器同时发出4mA~20mA的输入信号,PLC接收到信号后,控制制冷机组中压缩机的卸载和制冷剂的旁通;同时调功器得到信号后,根据温度信号调节电加热器的功率输出,恒温水箱中的水温以及贮热水箱的注水温度均由制冷机组和电加热器共同调节,以达到标准所要求的温度[4]。

2 测试结果

本测试台研制搭建完成后,进行了混水法日晒性能测试。测试前给贮热水箱注满20℃的恒温水后,开启混水泵将贮热水箱底部的水抽到顶部,使贮热水箱中的水混合5min,当日晒8h测试完成后,同样开启混水泵5min,使贮热水箱中的水混合均匀,混水期间水箱入口水温差不超过±0.2 ℃。图5为贮热水箱入口处采集的进水温度曲线。由图5可以看出,水箱的初始水温tb=20.33 ℃,最终水温te=61.47 ℃。且混水流量可在60s内稳定在所设定的600L/h,如图6所示。将已知条件代入式(1)可得出日晒8h太阳能热水器系统得热量Qs=16.38 MJ。

混水法热损性能测试期间的平均环境温度tas(av)为30.51 ℃。测试前,给贮热水箱注满提前备好的50 ℃以上的热水后,开启混水泵5min,使贮热水箱中的水温混合均匀,这5min水箱入口温度曲线如图7所示。待热损测试完成后,同样开启混水泵5 min来混合均匀水箱中的水。将这两个5min内水温平均值分别作为水箱的初始温度和最终温度,则ti=59.08 ℃, tf=51.29 ℃。将已知参数代入式(2)可得出此水箱的热损系数Us=4.49 W/K。

以上测试结果表明,采用本测试台对太阳能热水器进行性能测试,其水流量 均可以在60s内稳定到600L/h,且贮热水箱的进水温差也可在5min内不超过±0.2 ℃,均达到国家标准,满足测试要求。将测得的各项数据代入式(3)进行计算,可得出此家用太阳能热水器能效等级CTP=0.61,依据能效标准规定,该太阳能热水器能效等级为1级。

3 结论

目前,该系统已在上海某质检院使用,且测试台的数据采集系统经第三方检测机构检测,满足测试标准要求。本测试台实现了数据的自动采集、记录和处理, 提高了检测效率,大大缩短了产品的测试周期。该测试台的建立对促进我国家用太阳能热水器能效标识的推广、规范太阳能热水器市场有重要的意义。

摘要：介绍了家用太阳能热水器热性能测试台的设计方法。该测试台由动力柜、水处理设备和6个工位构成。该测试台可按照国家标准GB26969-2011《家用太阳能热水系统能效限定值及能效等级》对家用太阳能热水器进行能效等级测试。实验结果证明,该测试台满足上述测试标准的要求。

家用太阳能光伏发电技术应用探索 篇8

1 家用太阳能光伏电源系统的主要特点

家用太阳能光伏电源系统是一种离网型的光伏电源系统, 其中组成的部件为电路保护、蓄电池组以及控制器等, 从而形成一种便捷式的光伏电源[1]。这种太阳能光伏电源适合应用在环境范围比较广的区域, 如果是在通电率、用电水平高的区域, 就要使用小型、便捷式的太阳能光伏电源;在通电率与用电水平低的区域, 家用太阳能光伏电源系统可以应用在生活中, 成为主要能源。例如, 在太阳能资源比较丰富的区域, 要根据家庭用户的实际特点, 创建合理的太阳能光伏发电系统, 这样不仅促进了清洁能源的有效利用、减少碳的排放, 而且提高了通电率, 可以为一些偏远山区的用电形式提供有利参考依据。

2 家用太阳能光伏电源系统的主要部件

1) 太阳能电池组件。光伏发电系统构成的组成部分就是太阳能电池, 但太阳能电池并不能直接应用到系统中去[2]。单一的太阳能电池不仅机械强度低, 而且容易破碎, 如果将其暴露在空气中, 还容易发生腐蚀现象。受硅片材料自身尺寸的影响, 单一的太阳能电池功率比较小。为了改善以上情况, 要对单一的太阳能电池串联使用, 并对其进行封装, 不仅要实现内部的连接方式, 而且要为其提供直流电输入输出, 以形成不可分割的太阳能电池组件。在家用系统构建形式下, 为了满足其相关要求, 太阳能电池组件应遵循3点原则:一是要具有较强的机械强度, 使太阳能电池组件在安装与使用过程中能够免受冲击、振动;二是要达到良好的电气绝缘性以及较强的抗紫外线辐射能力, 从而保证它的使用寿命;三是要利用不同的工作电压以及不同的输出功率接线方式, 这样不仅能促进太阳能电池片之间形成可靠连接, 降低串联中存在的效率损失, 还能保证实际使用成本的稳定性[3]。

2) 蓄电池。在光伏发电系统中, 太阳能电池主要是将太阳的辐射能转化为直流电能, 以蓄电池的方式实现电能到化学能的转化与储存。对于太阳能光伏电源系统, 其中的贮藏装置要能够随时保证负载具有充足的电能, 以实现使用的稳定性, 从而保证对太阳能电池中的电能进行储存、调节。蓄电池作为一种贮藏形式, 要在使用期间不断进行充电与放电的过程。如果在使用期间充电、放电不到位, 会影响使用并缩短蓄电池寿命。为了确保太阳能系统运行的稳定性, 家用太阳能光伏系统在使用蓄电池期间, 需注意以下2个方面:一要使用具有循环性放电性能、循环寿命长以及充电、放电能力较强的蓄电池;二要通过日常维护减少维修, 并保证在低温环境下能实现良好的充电、放电性能。从而实现蓄电池的无初充电操作形式, 由于充电、放电特性对高温不够敏感, 这样能够实现较高的能量效率, 以保证较高的性价比[4]。

3) 控制器。充放电控制器是防止太阳能光伏电源系统的贮能蓄电池过充过放的设备, 能够实现自动化运行, 并成为光伏发电系统的主要核心部件。控制器对输出的电压、电流进行分配, 能够对光伏系统能量、保护蓄电池以及整个光伏系统的运行情况进行管理。家用光伏电源系统中的充放电控制器不仅能对负载短路、内部短路、反向放电、雷击等情况进行保护, 还能合理地控制太阳能电池两端的电压损坏现象的发生。

4) 逆变器。逆变器主要包括直流逆变器与交流逆变器, 它们都是直流电转换为交流电的主要装置。我国的各种家用电器以及其他设备均使用220 V, 50 Hz的交流电;而蓄电池使用的都是12 V, 24 V, 48 V的低压直流电, 它们通过交换器输出220 V交流电, 并在各种环境中广泛使用。对家用光伏发电系统中的逆变器进行研究, 不仅要对电压的变化范围、电压的输出频率、静态电流等相关的技术指标进行分析, 而且要对逆变器的带载能力、保护能力以及绝缘能力进行分析[5]。例如, 在对输入电压、输出功率的额定值进行确认期间, 将环境温度确定为25℃, 逆变器会连续工作。同时, 不仅能够对其中的过电流、短路以及雷击现象等进行保护, 还要考虑相关人员在操作期间的安全性与稳定性, 而且要将逆变器中的直流输入、交流输入及机壳之间存在绝缘电阻控制在相应数值范围内。

3 家用太阳能光伏电源系统的设计

图1为光伏发电系统示意图, 这是家用太阳能光伏电源设计的主要方法。虽然太阳能光伏系统构件少, 但为了使光伏发电系统发挥最大效果, 要有效掌握太阳能的辐射参数、用户用电需求, 以做到各种组件参数的优化设计[6]。因此在执行期间要遵循以下分析原则, 以促进设计工作规范进行。

1) 配置原则。普通的家庭太阳能光伏发电系统一般使用固定模式, 但因为太阳能光伏发电产品应用的效率并不高, 所以在对光伏发电系统进行配置期间, 不仅要保证整体的牢固性、减少受外界的破坏程度, 还能方便维修与维护中组件的简单安装, 从而实现产品较强的通用性特点。

2) 用电需求分析。太阳能光伏发电系统在设计过程中, 要考虑用电负荷、负载性质以及使用的时间、供电保证率等相关因素。一是对用户类型进行分析, 因为受太阳能光伏发电系统造价的影响, 发电成本都比较高, 并在配置期间, 按照使用时间以及供电保证率等对用电需求进行分类, 最后对相关的设计方案进行针对性选择。二是对负荷特性进行分析[7]。在对太阳能光伏发电系统、系统设备进行选型期间, 要对负载特性进行分析。负荷形式主要包括直流负载、交流负载等。三是对太阳能辐射能资源进行计算, 太阳辐射随着季节的不断变化, 存在不同形式。家用太阳能辐射光伏发电系统的设计是根据每年的辐射情况进行设计的, 如果不按照全年日照差的辐射值对该系统进行设计, 就会造成成本增加, 从而导致发电量不能满足合理供需。

3) 容量计算。在对太阳能光伏发电系统进行设计期间, 要对系统中的太阳能电池组件、蓄电池以及逆变器的容量进行计算。因为太阳能电池组件与系统的发电量存在较大关系, 逆变器容量由负荷的总功率、负载的类型确定, 而蓄电池容量与充电的数量及放电的深度相关。在对容量进行设计时, 不仅要分析负载的需求变化, 满足用户用电的可靠性, 减少电池的使用形式, 还要避免成本升高与蓄电池容量减小。

4 结束语

随着太阳能光伏发电效率的不断提高, 发电成本也不断降低, 从而使太阳能光伏发电技术应用到每个家庭中去。在各个地区使用太阳资源, 不仅能实现节能减排, 还能促进低碳时代的积极发展。

摘要：文章分析了家用太阳能光伏电源系统的特点, 介绍了太阳能电池组件、蓄电池、控制器、逆变器等太阳能光伏电源系统的主要部件, 从配置原则、用电需求分析、容量计算3个方面, 阐述了家用太阳能光伏电源系统的设计思路与应用形式。

关键词：家用太阳能,光伏发电技术,光伏电源系统

参考文献

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[6]谷兴龙, 庞振坤, 刘磊, 等.家用小型光伏发电系统设计[J].太阳能, 2012 (15) :30-32.

基于PIC的家用太阳能逆变器研制 篇9

我国经济正处在一个飞速发展的时期，各种能源需求量在未来仍将快速增长。如今人类赖以生存的化石能源日渐减少，开发再生新能源就势在必行。在各种新能源的使用中，最具有应用前景的就是太阳能发电。因为太阳能作为人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有储量的无限性、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势，它的开发利用就成为解决常规能源尤其是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等诸多问题的有效途径，理所当然成为人类理想的替代能源[2]。

太阳光辐射能经太阳能电池转换为电能，然后再经过能量存储、能量变换控制等环节，最终向负载提供合适的直流或交流电能[3]。与常规发电相比，太阳能光伏发电技术有着不可比拟的优势。近年来，光伏发电技术也有了广泛的应用，随着我国新能源法及各项政策的颁布，光伏发电系统将在我国拥有更广阔的发展空间。光伏技术和电能变换技术的结合必将取得更大的发展，独立发电系统的建立将在西部无电或缺电地区会有广泛的应用前景[4]。

光伏电池将太阳能转化为电能储存在蓄电池后，需要直流升压电路将低压直流转变为稳定的高压直流，以供后级逆变电路转换。在光伏系统中，由于用户或用电器的原因，大量的用户负载是交流负载，因此需要使用逆变设备，将太阳能电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电[5]。逆变环节就是将蓄电池的直流电能转化为交流电能供用户使用，因此对逆变器的设计也是独立光伏系统设计的关键环节[6]。

在本课题中经过光伏电池给蓄电池充电后，蓄电池输出的是12V的低压直流，如果要供给家用电器使用，则需要220V的交流，所以需要首先对12V的低压直流升压至400V左右，再逆变为220V的交流电压才能供给家用电器正常使用。

2 系统结构

根据独立光伏发电系统基本原理，家用独立光伏发电升压逆变系统主要包括光伏方阵、储能蓄电池、逆变器、MCU控制器和交流负载模块。逆变器包括两个部分直流升压和逆变电路。其中光伏方阵是光伏发电系统最基本的单位[7]，实现光能转化为电能；蓄电池组可以存储光伏方阵发出的电能，随时向负载供电；直流升压电路采用推挽式结构，再经整流滤波将12V直流电压升为400V左右的直流电压；逆变电路则采用全桥式逆变电路，用于把400V左右的直流电压转换为220V的交流电压，以供家用电器的使用；MCU控制器采用PIC16F716单片机作为主控芯片，编程产生SPWM波来控制逆变电路。

独立光伏系统框图如下图1所示：

3 硬件设计

3.1 DC/DC部分的设计

升压环节的主电路如图2所示。升压主电路是由推挽逆变电路、整流滤波电路、控制电路、隔离反馈电路以及保护电路等构成。蓄电池输入电压为12V直流，对家用电器供电则要求220V稳压，因此必须加升压变压器。经分析比较各升压电路优缺点后最终选择了推挽式电路作为本设计中DC/DC主电路。升压电路的核心芯片是SG3525，设置实现PWM的输出，输出正负交替的矩形波来控制两个功率开关管的通断，最终使12V低压直流变为400V高压交流再经整流滤波后变为400V直流。

3.2 DC/AC部分的设计

逆变电路的功能是将直流升压得到的高压直流电转换为220V、50Hz正弦交流电压输出。

常用的单相逆变电路有半桥和全桥两种结构，半桥电路结构比较简单，但输出电压低，所以适合中小容量场合；全桥电路结构复杂，但控制灵活，且输出电压是半桥电路的两倍，所以就适合于较大容量场合[8]。相比而言本设计中逆变电路采用单相全桥电压型。

全桥逆变电路的驱动信号采用广泛应用的SPWM信号，SPWM控制具有损耗小、输出稳定等优势。

如图3所示为逆变电路原理图，主要包括功率桥电路、控制电路和保护电路等。首先PIC16F716处理器对输入的直流电进行SPWM调制，再经过LC滤波电路输出所需的正弦交流电压。采用电压瞬时值反馈，对输出电压进行采样隔离[9]，反馈信号经过A/D变换送给PIC16F716保存，得到脉宽控制量，通过SPWM生成环节产生各功率管的驱动信号，控制功率管的通断，使输出电压尽可能跟踪基准正弦给定信号[10]。

4 软件设计

本设计中的SPWM控制技术很好地把软硬件技术结合在一起，在编程方法上则针对规则采样法谐波大的缺点，采用面积等效法较好地抑制了谐波。

PIC16F716单片机集成了增强型PWM模块，产生的SPWM模块具有10位的分辨率，并支持半桥、全桥模式，可编程死区时间。在编程中就利用该模块产生两路互补的SPWM波形。然后再将这两路SPWM波互补导通的原则变换成四路，经隔离放大后驱动场效应管，从而实现对输出的控制[11]。SPWM波产生的主程序图如图4所示，先设置配置位，然后设置Timer1的中断时间和Timer2的SPWM模式，再设置电压电流的保护位等。

5 实验结果

根据实验原理图把硬件分为DC/DC升压板；保护电路板（包括过载和短路保护等）；SPWM产生板和功率主板四块板子，焊接完成后，对前级DC/DC升压部分和后级逆变部分进行联调，最后制作样机并进行了实验。实验波形如下图所示：

如图5-1, 5-2为驱动信号波形图，图5-1中1通道为Q11驱动信号，2通道为Q12驱动信号，在各自导通的半周期内分别为SPWM；同理图5-2中，1通道为Q13驱动信号，2通道为Q14驱动信号，两者成互补的SPWM波。

图6为阻性负载逆变器的输出波形，系统的波形基本接近正弦波。从图中可以看出，输出的交流电压幅度为225V，频率为50HZ，基本符合实际要求。

6 结语

本文根据光伏逆变的基本原理，以PIC单片机为控制核心实现逆变器控制波形的产生，从逆变环节的实验结果来看，最终产生的SPWM波是稳定可靠的，而且带载后输出正弦电压波形失真度小，电压波动率仅在3%左右。研究结果表明，设计的逆变系统是能产生较好的正弦波，同时该系统电路也具有短路保护、过载保护、过/欠压保护等功能。

摘要：本文以独立运行的光伏发电系统为对象, 主要研究光伏方阵将太阳能转化为电能并存储在蓄电池组后, 把蓄电池12V的直流电压经DC/DC升压电路升为400V左右的直流电压, 再通过逆变电路把直流电压转换为220V的交流电压供家用电器使用, 为了使逆变电源输出准正弦波, 本设计采用正弦波脉冲调制 (SPWM) , SPWM波的产生主要是由一片脉冲调宽芯片SG3525来完成。最后带负载对逆变器进行测试, 观察产生的正弦脉失真度较小, 符合实际要求。

家用太阳热水系统 篇10

关键词：汽车 制动系统 故障 诊断 排除

中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1673-1875(2009)04-172-01

伴随着我国国民经济的飞速发展，汽车工业不断壮大，小排量轿车全面走入家庭，社会上小排量轿车的保有量不断攀升，专业维修家庭轿车的企业如雨后春笋般涌现。制动系统是汽车最重要的安全装置之一，一旦出现故障，若不能及时采取措施，后果将不堪设想。现将汽车制动系统常见故障分析如下：

一、制动不良

汽车制动时，驾驶员感觉到减速度不足或汽车紧急制动时，制动的距离太长则可以认为是制动不良，产生制动不良的原因是多方面的可归结为以下几点：

1、制动液不足。由于制动管接头处松动造成制动液渗漏或阻塞，使制动液不足，产生制动油压下降从而出现了制动不良得现象，严重会导致制动失灵。

2、管路气阻。制动管路受热制动液汽化，使管路中出现气泡或者是制动管路中渗入空气。维护时将制动总泵、分泵及管路内空气排尽并按规定添加制动液达到刻线处。

3、制动间隙不当。制动摩擦片工作面与制动盘工作面的间隙过大，制动时，分泵活塞行程增加，使制动迟缓、制动力下降。维修时按照技术规范全面调整制动间隙及制动踏板自由行程，达到所规定的间隙值。

4、制动盘与摩擦片接触不良。制动片圆面跳度增大，导致摩擦片与制动盘接触不良，制动摩擦力下降。若发现此现象，必校正修复，否则应予更换新件。

5、制动总泵、分泵皮碗损坏。泵体内的零件损坏使制动管路建立不起必要的油压，造成油液漏渗，出现制动不良。

在具体操作时可按下述方法检修：

（1）踩下制动踏板若制动踏板太低，则连续两次或几次踩踏板，若高度随之增高且制动效能好转，则应检查制动踏板自由行程及制动间隙。

（2）维持制动时踏板的高度，若缓慢或迅速下降，可首先踏下制动踏板，观察有无制动液渗漏部位。若外部正常，则应检查修理主缸故障。

（3）踩下制动踏板即有总泵推杆与活塞碰击响声，说明总泵皮碗破裂或复位弹簧太软的故障。

（4）连续几次制动时，踏板高度稍有提高，并有弹性感，说明管路中有气阻。

（5）连续几次制动时，踏板均被踩到底，并感到踏板毫无反力，说明总泵储液室内制动液严重不足。

二、制动跑偏

汽车制动跑偏的根本原因是左右制动力不等，具体表现在：

1、左右两边制动器制动时间不一致。大多是两边制动器制动间隙不均、接触面积差异或接触位置不一致所引起的。也可能是左右车轮轮缸的技术状况不一，造成起作用时间或张开力大小不等。

2、左右两边制动器的制动力不一致。这通常为某边制动分泵漏油、制动摩擦片严重油污、摩擦系数出现差异、左右轮胎气压不等或花纹及花纹深度不同而引起的。油污可用汽油清洗摩擦片、更换同一规格的轮胎或调整轮胎气压、修复渗漏处，按原因逐一检查制动器各件。

3、车架变形。汽车不踩制动就自动滑行到一侧。这说明故障不在制动系，应检查车架和前轴的技术状况。多为一侧前悬架变形；前悬架车身底板变形；前悬架螺旋弹簧弹力严重下降。遇上述情况、查明原因之后予以修复。

三、制动拖滞

1、制动间隙过小、踏板自由行程过小。当抬起制动踏板时，制动力没有完全解除，以致影响了车辆重新起步、加速行驶或滑行。停车后用手抚摸轮鼓表面感到烫手。遇此情况应按规范重新调整制动间隙即可。

2、驻车制动手柄没放开。其原因是操作上的疏忽，忘记松开驻车制动手柄。

3、回位弹簧变形、弹力下降。回位弹簧变形、弹力下降不能保证制动摩擦片总成及时回位，便不能及时彻底解除制动。应检修或更换回位弹簧即可消除故障。

4、轮缸皮碗发胀、发粘或活塞犯卡。在检查时先判断故障是出在主缸还是出在车轮制动器。

四、驻车制动器失灵

常见拉索或外套锈蚀、牵引弹簧折断、脱落或弹性消失，致使驻车制动操纵拉索或制动拉索在其外套内拉动不灵活，由此手制动松不开而工作失效。应检查制动操纵拉索和制动系统部件表面有无损伤，手柄操纵动作是否灵活，无卡滞现象；拉索连接头和固定部位是否松动损坏，必要时修复或换件。