皇明太陽能股份有限公司 ■ 于海芹 劉海波 俎建立 王建芳 徐興峰

一 引言

根據(jù)新出的國家標準GB/T 25967-2010《帶輔助能源的家用太陽能熱水系統(tǒng)熱性能試驗方法》要求，能夠?qū)лo助能源的家用太陽能熱水系統(tǒng)進行長期太陽能保證率的測試及預測。太陽能保證率是指系統(tǒng)中由太陽能部分提供的熱量除以系統(tǒng)總負荷。太陽能保證率的測試分為單天太陽能保證率測試和長期太陽能保證率測試。單天太陽能保證率測試是為防止輔助能源提供的能量過多，而太陽能作為點綴的情況下，長期太陽能保證率測試是為在系統(tǒng)長期運行下得出系統(tǒng)的長期性能并能對系統(tǒng)進行長期性能預測。

由于長期太陽能保證率的測試及預測僅涉及上述標準中的熱性能試驗過程中太陽能保證率較高的測試，并未涉及無太陽輻射(僅輔助加熱)測試，故本文針對標準中有日照測試(太陽能保證率較高的測試)的要求及實際的測試，實現(xiàn)了帶電輔助能源熱水系統(tǒng)太陽能保證率的測試及長期預測。

二 系統(tǒng)的組成及原理

測試原理如圖1所示。從圖1可以看出，測試過程中需打開進水電磁閥、出水電磁閥，同時測量流量及進、出口溫度，并測量總輻射、風速、環(huán)境溫度和輔助電加熱消耗的電能。

測試過程中按表1的排熱量進行排水。

三 測試過程控制與數(shù)據(jù)的記錄保存

測試過程中的排熱量控制根據(jù)表1進行，通過PLC進行控制。按標準要求，當排熱量達到表1的要求或供水溫度小于規(guī)定供水溫度5℃時停止熱量的排放。測試過程可通過手動測試和自動測試兩種控制方式進行，同時在控制柜上還配有觸摸屏，使測試更加方便。

表1 排熱量時刻表

某日的排熱量曲線如圖2所示。

數(shù)據(jù)的測量包括消耗的電能、輻照、環(huán)境溫度、風速、水箱進出口溫度及流量。相應的測量儀器都經(jīng)過計量，均能達到測試要求。

數(shù)據(jù)的記錄和保存通過軟件實現(xiàn)，時時監(jiān)控數(shù)據(jù)，采集的部分數(shù)據(jù)示例如表2所示。

表2 某一天中13點時的排熱量數(shù)據(jù)

表3 測試數(shù)據(jù)匯總表

四 數(shù)據(jù)分析與結果

經(jīng)過大量的測試，有12組有日照測試數(shù)據(jù)，如表3所示。

太陽能保證率的計算公式為：

將表3中的數(shù)據(jù)帶入公式(1)得12組方程，利用最小二乘法得到a1=2.3159，a2=?1.5698，a3=0.1269。

將a1、a2和a3帶入式(1)，得到：

式中，td為熱水供水溫度；te為有效環(huán)境溫度；QL,S為日供熱量；H為輻照量。有效環(huán)境溫度te的計算公式為：

式中，ta為環(huán)境溫度；tmin為冷水供水溫度。

再根據(jù)太陽能保證率f和日供熱量QL,S，通過式(4)計算出輔助能源QAUX,S的消耗量，從而實現(xiàn)輔助能源消耗量的預測。

例如：某日的冷水供水溫度tmin為20℃，熱水供水溫度td為40℃，環(huán)境溫度ta為26℃，供熱量QL,S為60MJ，輻照量H為19MJ/m2。根據(jù)式(3)計算出有效環(huán)境溫度te=ta+(ta?tmin)/2=29℃。

將以上數(shù)據(jù)代入式(2)，可得出當天的太陽能保證率為：

則當天的輔助能源消耗量為：

五 結論

通過以上內(nèi)容得出太陽能保證率的長期預測及相應輔助能源的消耗量計算方法，但是本文的結果是只針對一臺熱水系統(tǒng)，因此本文的結果只能代表與之相同系列的熱水系統(tǒng)，對于其他類別的熱水系統(tǒng)，我們可用相同的方法來對其進行太陽能保證率的測試及其長期性能預測。