(淮陰工學(xué)院 江蘇 淮安 223001)

一、研究背景

隨著太陽能熱水器的發(fā)展，目前太陽能熱水器主要分為平板型太陽能熱水器和真管型太陽能熱水器[3]。平板式太陽能熱水器是專門為高層、小高層住宅配套設(shè)計(jì)開發(fā)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的太陽能熱水器由于先天不足無法實(shí)現(xiàn)與建筑及環(huán)境完美結(jié)合的遺憾，這一開發(fā)真正體現(xiàn)了太陽能與建筑及環(huán)境一體化的完美結(jié)合。真空管式太陽能熱水器主要由熱管、吸熱板、玻璃管、金屬端蓋和消氣劑等部件組成，使用不受安裝條件的限制，無論是在對(duì)于平房用戶還是高層樓房用戶，均可安裝使用。其二者的主要區(qū)別式受熱方式不同。與真空管式太陽能熱水器使用熱管受熱不同，平板式太陽能熱水器的受熱材質(zhì)被加工成版型，安裝起來更加方便。由于平板式熱水器出現(xiàn)的時(shí)間較晚。故本次實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于熱管式太陽能熱水器的改造。

二、太陽能熱水器現(xiàn)狀

(一)太陽能熱水器的安裝和維護(hù)

太陽能熱水器在安裝過程中需要注意傾角問題，經(jīng)研究證明5度～ 45度傾角太陽能熱水器均具有較高的集熱性能， 60度～ 90度 集熱性能逐步減少。考慮到全年太陽入射角及輻照的變化，選用太陽能熱水器的適宜傾角為30度～45度，此角度范圍能夠使太陽能熱水器在全年得到最大熱效率[4]。同時(shí)在維護(hù)保養(yǎng)方面應(yīng)注意如下要求;定期進(jìn)行系統(tǒng)排污，防止管路阻塞；并對(duì)水箱進(jìn)行清洗，保證水質(zhì)清潔；定期清除太陽能熱水器透明蓋板上的塵埃、污垢，保持蓋板的清潔以保證較高的透光率；注意檢查透明蓋板是否損壞，如有破損應(yīng)及時(shí)更換。真空管太陽能熱水器要經(jīng)常檢查真空管的真空度或內(nèi)玻璃管是否破碎真空管太陽熱水器除了清洗真空管外，還應(yīng)同時(shí)清洗反射板。巡視檢查各管道、閥門、浮球閥、電磁閥、連接膠管等有無滲漏現(xiàn)象，如有則應(yīng)及時(shí)修復(fù)。太陽能熱水器的吸熱涂層若有損壞或脫 落應(yīng)及時(shí)修復(fù)。所有支架、管路等每年涂刷一次保護(hù)漆，以防銹蝕；防止悶曬；安裝有輔助熱源的全天候太陽能熱水器，應(yīng)定期檢查輔助熱源裝置及換熱器工作正常與否[5]。

(二)國內(nèi)外太陽能熱水器現(xiàn)狀

由于太陽能熱水器相較于其他熱水器存在諸多優(yōu)勢(shì)，所以各國都在大力發(fā)展太陽能熱水器舉例來說美國強(qiáng)制規(guī)定能源配額， 以提高其競(jìng)爭(zhēng)力 ，同時(shí)采取稅收和信貸優(yōu)惠政策， 加大資金投入 ，而在2009年奧巴馬政府也通過了包括一系列法案來大力推行太陽能計(jì)劃。在德國，通過《可再生能源》法案使太陽能熱水器得到了空前的發(fā)展，該法案于2004重新修訂通過了“光伏補(bǔ)貼削減法案 ”，同時(shí)德國還具有“十萬太陽能屋頂計(jì)劃 ”等一系列措施，推動(dòng)太陽能熱水器的發(fā)展。日本也有新陽光計(jì)劃來推動(dòng)太陽能熱水器實(shí)施[6]。

在我國，國家發(fā)改委推出了名為“家電下鄉(xiāng)計(jì)劃”的惠民政策。并將太陽能熱水器納入補(bǔ)貼計(jì)劃當(dāng)中，然而，就推行情況來說，并不是十分理想，有以下幾點(diǎn)原因：首先審批手續(xù)過于繁瑣，對(duì)于申請(qǐng)“家電下行”的農(nóng)村居民來說，他們需要提供包括身份證、家電下鄉(xiāng)補(bǔ)貼政明、戶口本、收入證明以及銀行存折等諸多材料。其次，農(nóng)村居民獲取信息的渠道有限，造成了對(duì)于產(chǎn)品是否達(dá)到補(bǔ)貼判斷力不足[7]。

(三)國內(nèi)知名太陽能企業(yè)情況

目前，我國太陽能熱水器發(fā)展迅速，越來越多的企業(yè)進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，其中不乏一些著名企業(yè)[8]，以海爾為例，2016年，在行業(yè)逐年下滑的背景下，實(shí)現(xiàn)了逆勢(shì)增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率超過5%。在技術(shù)方面，海爾ALL-IN-ONE太陽能最大的特點(diǎn)就是將水箱與集熱器集合為一體[9]。這意味著將制熱和儲(chǔ)熱合二為一，陽光可以直接加熱鍍膜鋼管中的水，在同等條件下制熱速度較傳統(tǒng)產(chǎn)品提高2倍。同時(shí)，該產(chǎn)品還采用了顛覆性創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將零件數(shù)量由傳統(tǒng)產(chǎn)28個(gè)減少為3個(gè)，整機(jī)組裝時(shí)間較傳統(tǒng)產(chǎn)品縮短 50%，更加省時(shí)省力[10]。

三、擬定的解決方案

(一)硬件解決方案

本次課程擬采用AT89C51單片機(jī)作為主要控制單元。其具有容量大、片內(nèi)外設(shè)豐富、應(yīng)用軟件配套資源豐富等特點(diǎn)。在檢測(cè)上水是否完成的過程中。擬采用在太陽能熱水器溢水管處加裝霍爾水流傳感器來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于自動(dòng)停止上水，擬采用電機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)帶動(dòng)閥門實(shí)現(xiàn)。并使用數(shù)碼二極管電路顯示上水時(shí)間。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示:

圖1 基本結(jié)構(gòu)框圖

(二)軟件流程方案

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需功能該系統(tǒng)的基本流程為：首先按動(dòng)按鈕，或者當(dāng)滿足時(shí)間要求時(shí)單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)從而打開閥門使太陽能熱水器開始上水。當(dāng)水上滿時(shí)，多余得水通過溢水管流出，使霍爾傳感器開始旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)，單片機(jī)接收到脈沖信號(hào)后，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)閉閥門。從而達(dá)到當(dāng)完成上水時(shí)，自動(dòng)停止上水的目的。其基本流程圖如圖2所示:

圖2 基本流程圖

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳曉明. 南方住宅太陽能熱水器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[D].南華大學(xué),2010.

[2]祁嬌.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的太陽能熱水器市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析[J].太陽能,2015(09):6-11.

[3]王磐. 太陽能熱水器在既有住宅中的應(yīng)用研究[D].天津大學(xué),2003.

[4]趙海鷗,李旭光,趙娟,李本華,許晶,陳年庚.不同傾角太陽能熱水器北京地區(qū)熱性能試驗(yàn)研究[J].太陽能,2013(24):54-56+60.

[5]柳新.太陽能熱水器的維護(hù)保養(yǎng)方法[J].大眾用電,2017,32(05):49.

[6]海山,欒春娟.全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)法律政策分析及啟示[J].太陽能,2012(23):6-13.

[7]胡潤(rùn)青,李俊峰.全球太陽能熱利用行業(yè)激勵(lì)政策及對(duì)我國的啟示[J].中國能源,2007(09):27-31.

[8]我國太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望_劉文強(qiáng)[J].太陽能，2012(24):5—14.

[9]基于單片機(jī)的太陽能熱水器自動(dòng)上水系統(tǒng)設(shè)計(jì)_嚴(yán)冬[J].2013(27):5-6.

[10]于璇.海爾太陽能:十年創(chuàng)新沉淀,發(fā)布五大黑科技[J].電器,2017(01):53.