医院用太阳能热水系统

医院用太阳能热水系统（精选7篇）

医院用太阳能热水系统 篇1

0 引言

近年来, 国家制定和实施了可再生能源建筑应用示范工程的相关规定和政策, 已经取得良好的效果, 可再生能源建筑应用技术水平得到不断地提升, 应用面积迅速增加, 尤其是太阳能热水系统应用, 发展十分迅速。虽然太阳能热水系统节能效果显著, 但是也会存在一些问题, 如系统供水不稳定、加热性能不佳、控制不够全面以及管理不科学等。作为设计人员, 设计的太阳能热水系统是否充分节电节能、易于控制、与建筑良好结合并满足用户要求, 不能停留在传统的设计思想里, 在设计过程中应不断地对太阳能热水系统进行优化, 这是太阳能热水系统设计发展的重点。

自2009年起, 福建省建筑科学研究院结合福建省重大科技专项, 从建筑应用适宜性、系统流程、系统控制、系统运营等方面, 对我省太阳能热水系统在建筑中应用进行了较为深入的研究, 本课题已验收, 取得了丰硕的成果。本文介绍的这种太阳能热水系统只是其中的一小部分成果, 已经在泉州市以及福建省的其他地区得到了推广和应用, 该系统供水稳定, 可根据不同的天气优先利用太阳能, 减少辅助热源使用时间, 实现全日连续不间断热水供应。以下结合泉州市某医院太阳能热水系统应用示范项目做具体的介绍。

1 工程概况

泉州市某医院病房楼建筑占地面积约2270 m2, 建筑总面积约13805 m2。医院病房楼设计要求24小时连续供应热水, 供水温度为55℃。根据医院用热水的特点及需求, 本工程采用太阳能集中集热-集中供热系统, 设计将集热器布置在病房楼屋面上, 结合空气源热泵系统进行全日供应热水。

2 设计参数

泉州市当地纬度为北纬25°56', 年平均气温20.4℃, 平均日照时数为2223小时, 年太阳能辐射总量为5000MJ/m2, 属于我省建筑与太阳能一体化设计Ⅰ类地区, 太阳能保证率为40%~50%, 适合利用太阳能集热。

设计冷水温度15℃, 热水供水温度为55℃;日提供热水量为24.2吨, 包括病人用水和医务人员等用水。

3 系统介绍

3.1 系统选择

根据不同的特征, 太阳能热水系统可分为如下几种系统型式:

1) 按供热水范围分为集中供热水、集中-分散供热水、分散供热水系统;

2) 按系统运行方式分为自然循环系统、强制循环系统、直流式系统, 按生活热水与集热器内传热工质的关系分为直接系统和间接系统;

3) 按辅助能源设备安装位置分为内置加热系统和外置加热系统;

4) 按辅助能源启动方式分为全日自动启动、定时自动启动和按需手动启动系统。

不论哪种型式, 均有自身使用特点和适用范围, 在实际工程中应综合考虑建筑使用功能、地理位置、气候条件、安装位置等因素, 经过分析确定选择合适的系统型式。

本项目采用的太阳能热水系统, 是一种集中供热水、温差强制循环的直接系统, 外加辅助源热泵进行自动或手动控制。该系统主要包括太阳能集热器、贮热水箱、供热水箱 (仅双水箱系统配置) 、辅助源热泵、循环管道、控制系统和水泵等设备与附件。

3.2 系统流程

(D1~D5:电磁阀;B1:集热器循环泵;B2:热水提升泵;B3-1、B3-2、B3-3:热泵机组循环泵;B4:热水供水泵;B5:热回水循环泵;T1:集热器进水温度;T2:集热器出水温度;T3:贮热水箱内水温度;T4:供热水箱内水温度;T5:回水控制水温度。)

本太阳能热水系统流程包括集热和供热流程, 如图1所示, 系统流程如下。

(1) 集热系统运行模式

a) 晴天:冷水通过补水电磁阀D5控制补入贮热水箱, 同时, 贮热水箱的水通过与集热器的温差循环进行循环加热。贮热水箱内的水达到最高水位时, 补水电磁阀D5关闭;贮热水箱内的水温达到55℃时, 停止温差循环, 将贮热水箱里的热水输送至供热水箱。当贮热水箱内的水位低于补水水位时, 停止放热水, 冷水再次补进贮热水箱进行加热, 加热至55℃时再放热水至供热水箱, 如此依次重复生产热水。

b) 阴天:优先利用太阳能制备热水 (原理同晴天模式) , 热水不足部分由空气源热泵提供。

c) 连续雨天:热水全部由空气源热泵制备。

(2) 供热系统运行流程

a) 供热水箱置于屋顶, 集中供应热水。

b) 病房楼为全日供热水, 用水高峰时段为中午11:00~13:00, 晚上18:00~20:00, 用水高峰时段均为2个小时, 为保证用水高峰时段供热水箱水量满足使用要求, 设定全日热水最低水位控制, 当供热水箱热水低于最低水位时, 启动空气源热泵加热。

c) 为保证供水时段用户开龙头马上出热水, 减少因释放冷水造成的损失, 增加回水加热设计。在供水期间, 当管道中水温低于35℃时, 管道中凉水通过回水循环泵B5输送至供热水箱中, 同时将供热水箱的热水送到用户侧使用;当回水管道中水温高于45℃时, 关闭回水循环泵B5, 停止回水循环。由于系统回水造成供热水箱的水温低于50℃时, 启动空气源热泵, 将水箱里的热水加热至55℃。

3.3 系统控制

(1) 水温控制

a) T2-T1≥5℃时, B1工作;T2-T1≤2℃时, B1停止。

b) T3≥55℃时, B2工作。

c) T4≤50℃时, D3、D4开启, B3-1、B3-2、B3-3工作;T4≥55℃时, D3、D4关闭, B3-1、B3-2、B3-3停止工作。

d) T5≤35℃时, B5工作;T5≥45℃时, B5停止。

(2) 水位控制

a) 贮热水箱水位低于10%时, D5开启;贮热水箱水位达到95%时, D5关闭, 停止补水。

b) 设定供热水箱全日热水最低水位为:春秋季45%、夏季40%、冬季50%。当供热水箱热水未达到设定最低水位时, D1、D2开启, B3-1、B3-2、B3-3工作;当供热水箱热水达到设定最低水位时, D1、D2关闭, B3-1、B3-2、B3-3停止工作。

4 系统设计

4.1 集热器选型计算

太阳能集热器面积的大小与日用热水量、贮热水箱内水的温度、太阳能幅射强度、太阳能保证率及集热器的效率和系统热损失等因素有关, 直接加热系统的计算方法:

式中:

Ac—直接系统集热器总面积, m2;

Qrd—日均用水量, kg, 日提供热水量为24.2吨;

C—水的比热, C=4.187 k J/kg·℃;tr—贮水箱内水的设计温度, 取55℃, ;

tL—水的初始温度, 取15℃;

JT—当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量, 为13699k J/m2;

f—太阳能保证率 (%) , 本设计太阳能保证率取50%;

ηcd—集热器的年平均集热效率, 取50%;

ηL—贮水箱和管路的热损失率, 取15%。

根据上式可得集热器集热面积约为344 m2, 设计采用平板型太阳能集热器, 集热器倾角为30°。

4.2 水箱的设计

(1) 贮热水箱容积的确定

贮热水箱作为加热冷水的加热容器, 其加热方式分为与集热器温差循环加热和与空气源热泵机组循环加热两种, 当水箱内水的温度达到55℃时将其储存起来, 等贮热水箱水位达到满水位时将热水转移到供热水箱中。本系统设计根据晴天时贮热水箱每天转移55℃热水的次数来确定其容积, 本工程取6次。

本项目日用水量为24.2吨, 设计采用容积为4吨的贮热水箱。

(2) 供热水箱容积的确定

供热水箱作用是将满足要求的热水储存并供应给用户, 因此要保证供热水箱内的热水可以满足用户用水要求, 根据本项目热水设计小时用水量及高峰用水时间, 设计供热水箱的容积约为日用水量的60%~70%, 本项目设计供热水箱容积为15吨。

4.3 辅助热源选型计算

空气源热泵设计小时供热量为:

式中:

Qg—热泵设计小时供热量 (k J/h) ;

Qrd—日均用水量, kg, 日提供热水量为24.2吨;

C—水的比热, C=4.187k J/㎏·℃;

tr—热水温度, tr=55℃;

tl—冷水温度, tl=15℃;

T1—热泵机组设计工作时间 (h/d) , 取12h;

k1—安全系数, 取1.10。

根据上式可得热泵设计小时供热量为Qg=103k W, 设计选择3台单台制热量为38k W的空气源热泵可满足需求。

5 节能效益分析

5.1 太阳能技术应用系统寿命期内节能量

(1) 太阳能热水系统年节能量的计算公式如下:

式中:

Qsave—太阳能热水系统的节能量, MJ;

Ac—直接系统的太阳能集热器面积, 344m2;

JT—太阳集热器采光表面上的年太阳辐照量, 泉州市年太阳能辐射量为5000MJ/m2;

ηc—管路和水箱的热损失率, 取15%;

ηcd—太阳集热器的全日集热效率, 取50%。

根据上式可得全年太阳能热水系统节能量=731000MJ

(2) 太阳能热水系统寿命按15年计算, 项目常规能源替代量Qbm (吨标准煤) 根据以下公式计算得:

式中:

Qbm—太阳能热水系统寿命期内常规能源替代量, 吨标准煤;

△Qsave—太阳能热水系统的节能量, MJ;

n—太阳能热水系统使用寿命, 年;

W—标准煤热值, 29309k J/kg。

根据上式可得常规能源替代量Qbm=550.17吨标准煤。

5.2 增加初投资动态回收年限

增量投资动态回收年限按以下公式进行计算:

式中:

PI—折现系数;

C'c—常规能源价格, 元/k Wh;

Cc—折算的常规能源价格, 元/k Wh;

DJ—维修费用, 取总投资的1%;

q—常规能源的热值, MJ/k Wh;

Eff—常规能源水加热装置的效率, %;

A—太阳能热水系统增量初投资, 该系统增量初投资为60万元。

泉州市医院用电价约为1.00元/k Wh, q=3.6 MJ/k Wh, 电加热设备的效率按95%考虑, 折算的常规能源热价为0.29元/MJ, 即Cc=0.29元/MJ;

可得:

系统的总节省费用等于增投资时, 系统的回收年限Ne为:

式中:

d—五年以上银行贷款利率 (2008年执行) , 5.94%;

e—年燃料价格上涨率, 按1%考虑;

根据上式可得系统的回收年限=3.25, 约3年即可回收增量投资。

6 结语

本优化设计的太阳能热水系统与传统的系统相比, 优点在于:1) 系统可以实现全日连续供应稳定的热水;2) 根据用水高峰时段的要求, 设定不同季节的供热水箱最低水位, 满足用户高峰时段的用水需求;3) 根据不同的天气情况, 优先利用太阳能, 减少空气源热泵运行时间, 达到节能的目的;4) 通过节能效益分析, 系统节能效果明显, 投资回收年限短。

本系统设计不仅能够满足用户的全日供水需求, 而且系统流程清晰, 控制简便, 达到了节电节水节能的目的, 本系统具有良好的示范价值, 值得受到广泛应用和推广。

摘要：本文结合具体工程设计实例, 介绍了一种太阳能加空气源热泵热水系统, 可根据不同的天气情况优先利用太阳能, 实现连续稳定供热, 适合学校、医院等全日连续供热水建筑。系统设计包括设计计算方法、系统流程及系统控制方法, 并综合分析系统的节能效益和回收年限, 通过分析指出该太阳能热水系统具有较高的示范价值, 值得受到广泛应用和推广。

关键词：示范项目,太阳能热水系统,优化设计,节能

参考文献

[1]陈仕泉, 黄夏东等.福建省大型太阳能热水系统的运行模式与操作管理分析[J].福建建设科技, 2012 (5) :57~60.

[2]郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].北京:化学工业出版社, 2011.

[3]王增长.建筑给水排水工程[M].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[4]上海市城乡建设和交通委员会.GB50015-2003 (2009年版) 建筑给水排水设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2010.

[5]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[S].北京:中国建筑工业出版社, 2006.

医院用太阳能热水系统 篇2

然而, 太阳能作为医院建筑洗浴热水系统的热源存在一定的局限性。一是由于太阳能受季节、气候影响较大, 当遇阴雨天气日照不充足时, 不能满足使用要求;二是受建筑布局及面积的影响, 太阳能集热板在病房楼屋顶上布置的数量有限, 不能提供足够的热量。医院建筑洗浴热水用水量大, 太阳能热水系统需要与其他热源系统联合供应热水。

以山东省某医院为例, 在冬季由热电厂提供的热水作为该院生活热水系统的热源, 采用热媒换热系统为主、太阳能热水系统为辅的制热水方式, 可为医院生活热水用水末端提供稳定可靠的洗浴热水。但是只在冬季才有热电厂供应热水, 在夏季和过渡季节, 仅靠太阳能系统在阴雨天气仍不能满足医院对生活热水的需要。于是, 该院在夏季和过渡季节采用了太阳能热水系统为主、空气源热泵热水机组系统为辅的制热水方式, 减轻了热水制备对于日趋紧张的燃料供应的依赖和节能减排压力, 降低了热水制备的成本。

一、建筑概况

该院总建筑面积71219m2。主楼部分地上16层, 建筑面积为26151m2;地下1层, 建筑面积为1571m2;建筑高度为65.55m。裙房部分地上5层, 建筑面积为34751m2;地下1层, 建筑面积为8746m2;建筑高度22.75m。

主楼各层功能布置如下:地下一层为空调机房、水泵房、变配电室、库房 (丁戊类) 、高压配电室、太平间;一层为出入院办理、银行、商店、鲜花超市、值班室、消防控制室等;二层为静脉配置中心、病房药房、办公区等;三层为透析中心、办公区等;四层为ICU、净化机房等;五至十六层为标准护理单元 (48床) 。裙房主要为门诊医技部分。

二、热水系统概况

热水系统在冬季采用热媒换热系统为主、太阳能系统为辅的制热水方式, 热媒为热水, 接自热电厂的热力管网, 供水80℃, 回水50℃, 水-水板式换热器 (立式) 放置在地下室生活水泵房内。夏季和过渡季节采用太阳能系统为主、空气源热泵热水系统为辅的制热水方式。太阳能集热器、空气源热泵热水机组放置在主楼屋顶。室内洗浴热水系统竖向分为3个区:一区为十六层, 由水箱间内的变频机组供水;二区为十一层至十五层, 三区为五至十层, 二区、三区由热水箱重力供水, 热水箱放在屋顶水箱间内, 有效容积为32m3。

热水设计温度为55℃, 热水系统设计为干管、立管同程循环。病房洗浴热水为定时供水, 每次供水时间不小于2小时, 建议尽量在下午或晚上供水, 以充分发挥太阳能的作用。

该院选用3台BAH-4600C空气源热泵热水机组, 制热量为173.2k W, 制热水量为4.6t/h;选用两组M6-MFG水-水板式换热器 (立式) , 换热量为1585k W。

三、热水系统工作原理

系统工作原理如图1所示。

在冬季, 系统分三种运行工况——

工况一:太阳能热水系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度5℃时运行此工况。

工况二:热媒换热器单独工作 (只要条件具备, 太阳能热水系统即优先投入运行) 。冬季遇阴雨天气, 太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。

工况三:太阳能热水系统与热媒换热器联合工作。

水箱热水设定温度为55℃。机组每隔30分钟检测水箱温度一次, 如果比设定值低8℃, 热媒换热器系统循环泵自动启动, 同时停止太阳能系统循环泵, 待水温达到设定温度, 系统即自动关闭;当集热器温度大于水箱设定值2℃时停止热媒换热器系统, 启动太阳能系统;在光照条件下, 当集热器温度大于储水箱温度5℃时, 启动太阳能热水系统循环泵, 当集热器与储水箱水温温差小于2℃时, 太阳能热水系统循环泵停止工作。

夏季和过渡季节系统分三种运行工况——

工况一:太阳能热水系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度5℃时运行此工况。

工况二:空气源热泵热水机组单独工作 (只要条件具备, 太阳能热水系统即优先投入运行) 。遇阴雨天气, 太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。

工况三:太阳能热水系统与空气源热泵热水机组联合工作。

水箱热水设定温度为55℃。机组每隔30分钟检测水箱温度一次, 比设定值低8℃, 空气源热泵热水机组自动启动, 同时停止太阳能热水系统循环泵, 待水温达到设定温度, 系统即自动关闭;当集热器温度大于水箱设定值2℃时停止空气源热泵热水机组系统, 启动太阳能热水系统;在光照条件下, 当集热器温度大于储水箱温度5℃时, 启动太阳能热水系统循环泵;当集热器与储水箱水温温差小于2℃时, 太阳能热水系统循环泵停止工作。

当热水系统回水端温度≤50℃时启动热水系统循环泵, 当温度等于55℃时停泵, 定时供热水系统在设定的工作时间外不启动, 以节约能量。热水的制备以太阳能热水系统为主, 充分节约能源。

补水控制:当水箱水位低于最低水位时, 补水电磁阀开启, 向水箱补水;当水位达到高水位时, 补水电磁阀关闭, 停止补水。

四、经济性比较

以每吨水从15℃加热到55℃需167200k J热量为例, 电价取1元/度, 对各种热水加热设备的运行成本进行对比, 如图2所示。

图中数据显示出空气源热泵热水机组的运行具有明显的经济性。另外, 在夏季和过渡季节, 太阳能热水系统和空气源热泵热水机组的运行效率均比较高;在冬季, 当太阳能热水系统不能满足使用要求时, 有热电厂的热水做热源, 使得热水系统能够稳定可靠运行。虽然在初期热水设备的投资较大, 但能够节约热水系统常规的能源消耗, 从而带来可观的经济和环境效益。

五、结束语

太阳能热水系统已广泛应用于医院建筑洗浴热水供应, 其组合热源的选择根据院区可利用资源的情况不同有多种形式。将太阳能系统与能效比较高的热源结合起来, 有利于保证热水系统稳定可靠地运行, 满足医院洗浴热水的需求, 充分节约能源, 保护环境。

参考文献

医院用太阳能热水系统 篇3

某医院门诊部位于广州市区, 门诊部两层。分别为某大厦裙楼首、二层, 建筑面积约1300m2, 裙楼天台有开敞空间可安装设备。门诊部功能分布为首层设接待台、护士室、药房、简易手术室及各诊室, 二层功能分布为医生办公室、透射室、护士站、体检等候区及各诊室。首层设三个卫生间、一个淋浴间, 二层设三个卫生间。各功能诊室带盥洗盆。一层14个诊室, 二楼12个诊室。全天候24小时热水供应。

1 设计资料

1.1 设计要求及场地情况

综合考虑了门诊部各功能分区盥洗盆、卫生间冲凉用淋浴器的使用热水需求, 经计算每日共需55℃热水3000kg。

1.2 设计指标

因裙楼天台有开敞的空间, 安装面积充分, 所以于裙楼屋顶安装集热器。经计算安装平板型集热器25块, 集热面积为50m2, 连续阴雨天气以及冬季太阳辐照不好时由空气源热泵机组辅助加热。

1.3 气象资料

基础水温:20℃

广州市的全年太阳辐照数据;

2 太阳能集热器面积计算

2.1 采光面积

系统每天生产10吨热水需要配置集热器总的采光面积计算:

将广州地区各系统参数代入式中, 得出:AC=47.1m2

广州平板型太阳能集热器配置

N=AC/每台集热器的集热面积 (2m×1m)

=47.1/2

=23.55块

3 热泵功率计算及选型

3.1 设计参数

a.设计用水量:3T;b.设计供热水时间:全天候;c.设计冷水计算温度:15℃;d.主机设备燃料:电。

3.2 热泵机组功率计算及设备选型

热水机组的选项型按冬季室外参数时宜先选型, 根据以上计算可知, 每天热水使用量3m3。冬季, 自来水温度按15℃计, 生活热水温度55℃, 则每天热水所需热量为:

热水机组消耗1度电能产生3.0×860kcal/Kw·h=2580kcal/Kw·h热量。每天机组实际运行时间取12h, 则需要热泵机组的小时输入功率为:

热水机组选型应按冬季工况选型, 因此, 热水机组采用1台9H-SKR-050热泵热水机组, 夏季制热量15583.20Kcal/h, 冬季损耗后制热量13245.74Kcal/h, 输入功率4.2Kw;满足以上要求热水机制热量12777.7Kcal/h要求。在最不利环境温度10℃时, 冷水温度为10℃, 实际热泵天工作时间16小时。

在一般情况下, 环境温度和水温都高于10℃, 实际热泵运行时间大大缩短。例如在水温20℃和环境温度25℃时, 实际热泵的工作时间为5.5小时。

4 系统控制

冷水通过自动控制箱感应保温水箱的水位、水温, 定时从太阳能集热器矩阵补充到保温水箱, 这种补水方式不会造成储热水箱产生混水, 这样在用水点就不会出现忽冷忽热的现象。

由于太阳能系统及空气源热泵热水机组的工作特点极其相似:系统加热缓慢, 加热时间过长, 如果将这两种设备均选做主加热并联加热, 势必会减少太阳能资源的利用, 造成太阳能有效能量的损失同时也增加了热泵机组加热的能耗, 最终造成系统的运行能耗增大, 不能达到预期节能降耗的目的。经过多方的论证并结合工程实际的运行的测试结果提出将太阳能加热系统与热泵加热系统串联配置的方式, 既将太阳能加热作为前级加热 (或预热) 设备, 也将热泵机组作为次级 (最终) 加热设备。

5 太阳能系统控制

太阳能系统采用小温差循环, 即通过设在集热器阵列末端出口与水箱下部两个测温点之间的温差控制循环泵的工作与否:当温差较大时 (△T=3℃～6℃) , 温差控制器发出指令, 循环泵工作, 水在集热器内循环加热;当温差较小时 (△T=1℃～2℃) , 循环泵停止工作, 如此反复。在日照正常情况下, 过渡水箱内的水温完全可达到晚上使用时设定的使用温度, 此时补到从过渡水箱内补充到保温水箱内的水无需再进行辅助加热。

6 太阳能+热泵热水系统设计的优特点

考虑到不同季节热水需求的变化及太阳能+热泵机组在不同季节运行的特点, 对于本项目热水系统采用太阳能直流加热与温差循环相结合方式的初级太阳能预热和二级太阳能温差循环再加热的优化组合, 并配套高效热泵机组辅助加热的太阳能+热泵热水系统优化设计方案, 不仅可在全日照时段充分利用太阳能, 而且合理的利用热泵机组加热缓慢但高效节能的特点, 达到了最大限度利用太阳能, 减少辅助加热能耗, 提高系统运行的可靠性和适应不同用水需求的能力, 也达到节约日常运行费用的目的。

7 安全性方面

系统设计完全按照国家有关防火、防震等安全性规范要求设计, 并留有消防和检修通道, 太阳能阵列、热泵机组设计完全符合规范要求的防护和安全要求;各种设备基础均采用锚固方法与建筑结构可靠牢连接, 与建筑成为一体, 符合抗震和防台风要求;控制系统具有防漏电和可靠接地, 系统天面设备、管道均按规范配置相应防雷电装置并与各自天面防雷系统成为一体。管道穿越墙、楼板以及管道横跨楼房沉降缝均按要求加设套管并做防水处理, 设置防止沉降配件;循环管道、供 (回) 水管道按照要求的坡向、坡度制作安装;水箱、热泵机组和管道支架基础, 须锚固在承重结构上, 预埋件锚固按照规范要求进行防腐处理, 并做好相关防水处理。太阳能集热器、水箱、热泵机组、泵类、阀类等设备在现场安装完毕均做水压试验及气密性试验和质检工作;各种管道分阶段进行水压试验, 系统完工后, 各分项调试合格后再进行总调试, 确保系统的安全可靠。

8 工艺技术要求

热泵机组进口均设置Y型水过滤器保证进入热泵机组的水不含杂质。在热泵及水泵进出口均安装可曲挠柔性橡胶接头, 并且在热泵机组及水泵与楼面基础之间设置橡胶减震设备, 避免设备与楼板之间产生共振, 保证系统运行的安全可靠。

设备及设计推敲立案后进行安装实施。今医院门诊部运作已一年, 从技术和经济效益上均取得了比较满意的成果, 它跟锅炉产热及配套的中央热水供应系统相比较有明显的不同。

8.1

燃油、气锅炉具有加热快、出水量大等优点, 但它以油、气作为燃料, 需要燃料输送管道, 必须通过消防安全检查验收, 使用过程中具有不安全因素, 燃烧过程中会对周围空气产生污染, 燃油、燃气锅炉需要专用机房, 占用室内空间, 在使用时需要专人管理, 且锅炉要定期经技术监督部门的检查。

8.2

热泵热水机组不受天气情况限制, 使用方便, 不占用室内空间, 系统运行过程中无任何安全隐患, 绝对安全环保, 使用寿命可长达15年以上, 设备性能稳定, 可实现无人操作 (全自动化智能控制) 。虽然与其它锅炉相比, 初始投资相对高些, 但热泵热水机组只需很低的运行费用。

太阳能与热泵一年四季可全天候运行, 管理方便, 安全可靠, 不需设机房及专职人员, 可节省每年的人工费用, 燃料采购费用等, 只要少量电能, 即可产生大量热水, 且不产生任何污染, 即响应了国家倡导的利用可再生能源的号召, 又可体现管理者绿色、节能、环保的意识和理念

参考文献

[1]GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》

[2]GB/T6424-997《平板型太阳能集热器技术条件》

[3]GB/T10870-2001《容积式和离心式 (热泵) 机组性能试验方法》

[4]JB8654-1997《容积式和离心式 (热泵) 机组安全要求》

[5]GBJ15-88《建筑给水排水设计规范》

家庭用太阳能热水器简易防雷措施 篇4

关键词：太阳能热水器,雷击危害,防雷措施

雷电是自然界中一种复杂的放电现象, 它有时可产生数千万伏电压, 造成人畜伤亡、火灾、机械性破坏、电气损害等事故。居民安装的太阳能热水器大多设置在住宅楼顶, 最易遭受直击雷电攻击。而夏季太阳能热水器进入使用高峰期, 也正值雷电多发季节, 无疑给人民的生命财产造成了潜在的威胁。目前, 即使在新建住宅楼防雷设计中对日后其楼顶太阳能热水器的防护也未涉及, 这样大多数楼顶太阳能热水器便无法受到安装在该建筑物的避雷带、针的保护。由于太阳能热水器内有加热电源线和传感信号线直通室内, 使热水器近乎等同于一个接闪器, 若是遭受雷击, 强大的雷电流就会通过热水器的管道、电源线和信号线直接进入用户居室内, 灾害将不可避免。为此, 现将其防雷措施总结如下, 以供使用者参考。

(1) 如果楼房没有避雷设施, 最好不要安装使用太阳能热水器。如果一定要安装, 应在距楼顶太阳能热水器水平方向1m左右处安装2根高度为2m左右的等高避雷针, 或1根高度为3m左右的独立避雷针, 而且避雷针针体应直接入地。在有避雷设施的楼房安装使用太阳能热水器也应注意防雷。要减少雷击隐患, 应适当降低太阳能热水器的安装位置, 或加高避雷针的高度。一般情况下, 太阳能热水器至少应低于避雷针60cm, 并与其保持1m左右的安全距离, 热水器的金属架应作接地处理。如果热水器已处于避雷设施的保护范围内, 则不宜将热水器的金属外壳与屋顶上其他金属体相连接。另外, 入室的金属管道应按要求在相应的部位作接地和等电位连接。为确保安全, 在雷电发生时, 即使是已有避雷、防雷装置的太阳能热水器, 也最好不要使用, 且应将其电源插头拔掉, 尽量少接触水管、水龙头, 以防万一。

(2) 如果自行对太阳能热水器进行防雷处理, 一是在离热水器3m远处加装高出热水器顶部1.5m的避雷针, 并做好接地, 以防雷击;二是从楼顶引入室内的太阳能热水器电源线、信号线、水管均应采用金属屏蔽保护;三是应在漏电保护开关后端加装SPD (电涌保护器) , 并做好接地, 以防感应雷击和雷电波侵入。建议在打雷时最好不要使用太阳能热水器, 要拔掉其电源插头。

(3) 在使用太阳能热水器时, 为做好雷电防护, 一是在热水器接避雷针或避雷带时, 热水器的金属架 (座) 应作接地处理;二是热水器如果不在避雷针或避雷带的保护范围内, 除其金属架 (座) 作接地处理外, 还应单独装设避雷针 (条件允许的情况下避雷针与热水器的距离不应小于3m) , 使其在避雷针的保护范围内。另外, 入室的金属管道应按要求在相应的部位作接地和等电位连接。同时, 建议在雷雨时最好不要使用热水器, 以避免和减少因雷电带来的伤害。

(4) 太阳能热水器的防雷, 应利用其自身金属支架立1支适宜高度的避雷针防直击雷;在屋面层上外露的电源线应穿焊接金属钢管敷设, 把钢管与支架焊连后, 用1条直径10mm的镀锌圆钢将金属支架与屋顶上的避雷带进行等电位连接。另外, 在卫生间将引上电源相线并联安装1个电源避雷器, 以防御雷电波的侵入, 并注意下雨打雷时不在卫生间洗澡。

(5) 安装在楼顶的太阳能热水器的电源线、信号线均应采用金属管屏蔽保护:金属管上端与屋面防雷装置相连接, 下端与卫生间内局部等电位连接端子连接。电源线路上最好安装电源避雷器, 且把卫生间内的保护地线 (PE线) 和局部等电位连接端子相连接, 一方面防止雷电流经太阳能热水器管线损坏太阳能热水器加热、水位以及温度监测显示系统;另一方面也可防止雷电流通过电源线路窜入电源系统, 损坏其他家用电器。

综上所述, 太阳能热水器的防雷措施在原理上是简单易行的, 但是设计施工要求较高, 并且缺乏有关部门在相关方面的规定, 导致施工时忽略热水器的防雷安全问题。因此, 国家应该尽早出台相关规定, 对热水器的固定、防雷以及与建筑线条等内容给出明确的准则, 使太阳能热水器的安装规范化。对于安装太阳能热水器的工作人员, 必须要进行相应方面知识的培训, 做到持证上岗, 各地的防雷机构要把对于太阳能热水器的防雷作为工作的重点, 尽职尽责的做好审核、施工监督和验收工作。而且消费者在购买、安装太阳能热水器的时候, 一定要注意查看热水器是否采取了防雷措施, 如果没有的话, 一定要进行重新安装。对于已经安装使用的热水器, 如果没有采取防雷措施, 一定要向当地防雷部门询问, 及时采取措施, 以减少雷电伤害。太阳能热水器既经济方便, 又节能环保, 备受消费者青睐, 并广为普及, 只有真正做好太阳能热水器的防雷措施, 才能在雷雨季节使人们放心、安全使用。

参考文献

医院用太阳能热水系统 篇5

根据日本太阳光伏发电协会(JPEA)的最新资料显示,截至2009年底,日本的太阳能光伏发电系统导入量仅次于德国、意大利,居世界第三。在日本,住宅用太阳能光伏发电系统占全日本导入量的70%。本文通过介绍日本长野县Y先生住宅太阳能发电系统,供业界了解日本住宅用太阳能光伏发电系统的系统设置、成本、发电量、卖电价格等内容。

2 工程案例介绍

2.1 太阳能光伏发电系统概况

系统概况如图1、表1所示。一般来说,太阳能电池设置在南面效果最好;设置在东、西面会有约20%的发电量损失。所以本系统优先选择设置在南面。

日本普通家庭住宅别墅的太阳能电池设置的标准容量约为3kW。

本系统采用的是CIS太阳能电池板。CIS太阳能电池是以铜(Cupper)、铟(Indium)、硒(Selenium)为主要成分的薄膜型太阳能电池。它厚度较结晶硅电池薄很多,且由于自身元件特性可吸收的光谱范围较大,受阴影影响较少。

2.2 系统设备

住宅用太阳能光伏发电系统主要构成器件包括:将太阳能转化成电能的太阳能电池组件;将太阳能电池直流输出转化成交流并且拥有最大输出追踪功能、并网保护功能的逆变器、配电箱、实时显示发电量、卖电量等系统参数的视频显示系统等。Y先生住宅用太阳能光伏发电系统的部分器件如图2所示。

2.3 设置成本

一般来说,日本太阳能光伏发电全套系统成本约为55万〜120万日元/kW,其中太阳能电池成本为28万〜46万日元/kW,逆变器为8万日元/kW,架台5万〜25万日元/kW,工事费用12万〜37万日元/kW(JPEA)。

2.4 发电量情况

Y先生住宅太阳能光伏发电系统的年间预测发电量约为4030kWh(Shell Solar公司的软件预测值)。实际发电量高于预测值,2009年年发电量约为5060kWh。2008〜2010年的实际发电量如图3、图4所示。

2.5 经济效益

在并网发电的情况下,系统输出首先用于满足自家消费需求,剩余部分再并网卖给电力公司。在日本,一般情况下,电价约为24日元/kWh,由于国家支援政策现阶段卖电电价为48日元/kWh。如果按照50%的发电量自己消费,其余50%卖给电力公司的方式来计算,以2009年年发电量计算,该太阳能光伏发电系统当年所节省的电费和卖电收入合计大约为18.2万日元。

摘要：本文通过介绍日本长野县Y先生住宅太阳能光伏发电系统,供业界了解日本住宅用太阳能光伏发电系统的系统设置、成本、实际发电量、卖电价格等内容。

关键词：太阳能光伏发电系统,住宅,案例介绍

参考文献

[1]Japan Photovoltaic Energy Association(JPEA).日本太阳光发电协会(JPEA)相关统计数据[R].JPEA第27次太阳能发电系统座谈会,2010.

医院用太阳能热水系统 篇6

温度是影响沼气池发酵的一个关键因素,相同发酵条件下,不同的温度,产气量和产气速率将会有所不同[3],在冬季部分无保温措施的沼气池甚至会发生冻裂,严重制约了沼气池在农村的应用与推广。目前,在政府的鼓励和支持下,逐渐兴起的太阳能加热沼气池法越来越受到人们的关注和重视。太阳能加热法,即利用太阳能集热系统完成热能的采集和传输,以太阳能热水为载体通过加热盘管与沼液进行热量交换[4,5,6,7],绿色环保、操作简单,可实现自动化运行,但易受天气情况的影响只能在有日照的白天进行储能、加热。为解决太阳能的这种间歇性与不稳定性问题,石惠娴、裴晓梅等人提出了太阳能-空气源热泵耦合式沼气池加温系统、太阳能地源热泵沼气池加热系统[8,9]。空气源热泵在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜问题可成为较大的技术障碍,存在地域性限制问题;太阳能地源热泵沼气池加热系统主要是针对集中供气的大型沼气工程,农村的户用沼气池不适宜应用此类高投资较复杂的系统。赵金辉、王思莹等人提出太阳能沼气锅炉联合增温沼气池系统[10,11]。太阳能和沼气锅炉联合增温系统在连续雨雪天气即太阳能集热系统无法正常工作时,沼气池发酵速率势必会受到影响,那么沼气锅炉的燃料—沼气的提供也会受到牵制。沼气锅炉管理比较复杂,初投资较高,同样不适合户用沼气池应用。

含辅助电加热器的户用太阳能沼气池系统即利用太阳能给沼气池加热,提高沼气池发酵速率,在连续阴、雨、雪天气,利用辅助电加热器维持沼气池在10℃以上温度发酵。辅助电加热器的设置更好地实现了太阳能和生物质能的优势互补,有效地解决了冬季户用沼气池无法正常连续高效使用的瓶颈问题,达到了良好的经济效益和环境效益。

1 系统组成及工作原理

该加温系统主要由太阳能集热器、储水箱、电加热器、螺旋加热盘管、搅拌装置、沼气池、各种水泵、管路、阀门以及温度传感器等组成。其系统流程见图1。

1.下循环管;2.上循环管;3.储热水箱;4.电加热器;5.三通阀;6.螺旋加热盘管;7.搅拌叶轮;8.电机;9.进料口;10.出料口1.Lower circulation pipe;2.Upper circulation pipe;3.Hot water storage tank;4.Electric heater;5.Threeway valve;6.Spiral heating coil;7.Mixing impeller;8.Electric motor;9.Feed inlet;10.Discharge hole

寒冷季节当太阳能储水箱中的温度高于35℃时,启动热水循环水泵使贮存在储水箱中的太阳能热水由三通阀流经沼气池底部的螺旋加热盘管。为了使发酵池内原料温度分布均匀,减少结壳或破除已形成的结壳层方便沼气溢出,启动循环搅拌电机带动搅拌叶轮转动。太阳能热水在螺旋加热盘管中与发酵原料液通过温差传热进行热量交换,温度降低后的太阳能热水回流至储水箱。在阴、雨、雪天气日照量不足时,为保证该系统仍能够连续正常运转,此时开启储水箱中的电加热器,水温达到设定值后自动断电。

当不需要向沼气池提供热量时,将三通阀内部的阀芯调整到下部,左右相通,使得储水箱中的太阳能热水供给农户使用。当储水箱中的温度低于35℃时,关闭循环水泵,避免因水泵长时间连续工作而浪费电能。

2 研究概况

2.1 研究对象

现以一户用8 m3沼气池为研究对象[12],选用采光面积为10 m2的小型实验性全玻璃真空管型太阳能热水器,为保证系统冬季正常运行,太阳能集热系统采用防冻液乙二醇作为热媒进行流动换热,为减弱沼气池与大地、空气的热传导,池底和池壁采用聚苯乙烯泡沫板进行保温隔热,沼气池顶部覆盖大约是池体占地面积1.2～1.5倍的塑料薄膜。为加强换热效果采用外径为700 mm的普通无缝螺旋盘管,换热管总长度为13 m,换热面积约为1 m2,6层圆排管以间距100 mm排列分布,钢管壁厚约为5～6 mm。为防止沼液对盘管的腐蚀,换热器外壁采用多层环氧树脂涂层。实验将3台热水器(QBP58-1.8-24管)并联在一起,选用3个1.5 kW的家用电加热器分别安装在每台热水器的储水箱内。

2.2 仿真模拟

为直观展现辅助电加热器对沼气池温度的影响,以沼气池及周边土壤为研究对象对沼气池内部传热进行二维定常数值仿真模拟。首先利用Gambit建模并进行非结构化网格划分,为便于模拟假设载热流体的热物性为常值,忽略一天之中空气温度对沼气池的影响,把加热盘管看成沼气池壁的面热源,忽略土壤中因水分迁移而引起的热迁移,土壤被视为均匀、各向同性的介质。在Fluent中设定边界条件后进行二维稳态计算,最后把输出的文件在Tecplot中进行处理。

从图2和图3可以看到整体来讲沼气池温度场分布较均匀,周边土壤温度由上至下逐渐升高趋于稳定。对于设置电加热器的沼气池温度属于常温发酵区中的适宜温度,更有利于发酵微生物活动;对于没有辅助设备的沼气池当集热器无法正常集热时内部温度整体下降,发酵温度明显没有添加辅助设备的沼气池运行良好。

2.3 观测结果

为进一步验证上述模拟结果的正确性与合理性,2011年11月1～16日对储水箱及沼气池温度进行了观测和记录(见图2),温度1、3分别为设置电加热器的太阳能储水箱温度和相应的沼气池发酵温度变化曲线,温度2、4分别为没有安装电加热器的太阳能储水箱和对应的沼气池温度变化曲线。

系统运行阶段,11月1～6日以晴天为主,集热器收集太阳能量充足,沼气池发酵温度稳定,有无加热器的沼气池发酵情况基本一致。11月7～9日阴天、下雪,无日照,没有安装电加热器的太阳能集热器无法正常集热,储水箱中的水温逐渐下降;设置电加热器的热水器依靠短时间的电加热使得储水箱中水温依然保持稳定高温状态,保证沼气池连续高效运行。11月10～16日天气逐渐好转,关闭加热器,集热器重新收集能量加热沼液。由于受之前天气状况的影响,没有设置电加热器的储水箱及沼气池温度逐渐升高、稳定;配有电加热器的储水箱及对应的沼气池始终高效稳定运行。

从仿真模拟到实际观测,理论联系实际,户用辅助加热式太阳能沼气池系统在正常日照条件下通过集热器收集能量供微生物发酵,在阴雨天集热器无法正常储能时依靠电加热器仍保持较高的发酵温度,从而保证了沼气池正常高效连续地运转,增加了产气量。

3 经济分析

建立此座8 m3的户用沼气池,总投资为1 600～2 000元,日产气量为1～2 m3,可供4～6人家庭全年生活用能需求,按当地村民的燃料结构及比重估算沼气的使用价值,每户年均节省燃料费用为900元。太阳能热水器使用寿命长达15 a,比其它热水器延长使用期8～10 a。每平方米太阳能集热器平均每个正常日照日,可产生相当于2.5度电的热量,1度电以0.6元计算,假定集热器一年正常运作280 d,则每平方米太阳能每年节约费用为:2.5×280×0.6=420元,即本例中的3台太阳能热水器每年可节约费用4 200元。

3个1.5 kW的家用电加热器每小时耗电量为4.5度,1度电0.6元,则每小时需花费2.7元。以煤为参考燃料,沼气价格为0.857元·m-3;以液化气为参考燃料,沼气价格为2.727元·m-3。电能虽属于二次能源,短时间启动加热还是有一定可行性的。此外,该系统总投资大概在2～3 a内可以收回,具有较好的经济性。

4 结论

利用太阳能对沼气池内的料液加热,同时在连续阴雨雪天气启动电加热器辅助系统正常运行,使得该系统在一年四季都能够正常产气。全球能源短缺、环境恶化日趋严重,太阳能沼气池系统在满足人们健康舒适生活的同时也成为了建设绿色环保、节能低碳和谐社会不可或缺的部分,实现了用能的本地化和农业废弃物的循环利用,既而达到了良好的经济效益、社会效益和生态效益。

摘要：北方地区冬季温度较低出现沼气池产气量少甚至不产气的问题,严重制约着沼气池在农村的应用与推广,逐渐兴起的太阳能沼气池法受到人们的关注和重视。由于太阳能集热器只能在有日照的白天进行储能,为保证沼气池正常连续高效的运行,一种含辅助电加热器的户用太阳能沼气池系统被提出,文章介绍了系统的组成和工作原理,根据k-ε湍流模型与相应的计算网络及边界条件对沼气池进行了二维定常数值仿真,并进行了实验观测从而验证了该系统的合理性。最后又从经济角度阐述了它的可行性。

关键词：太阳能,沼气池,电加热器,太阳能集热器

参考文献

[1]刘春明,姜广新,刘春华.浅谈沼气池的结构特点[J].黑龙江农业科学,2010(3):108-109.

[2]王滢芝.我国农村沼气利用的现状及政策介绍[J].水工业市场,2011(5):16-18.

[3]阳作峰,郭年东,梁志萍.沼气池冬季保温效果好[J].江西能源,2004(3):46-47.

[4]白莉,石岩,齐子姝.我国北方农村沼气冬季使用技术研究[J].中国沼气,2008,26(1):37-41.

[5]Alkhamis T M,El-Khazali R,Kablan M M,et al.Heating ofa biogas reactor using a solar energy system with tempera-ture control unit[J].Solar Energy,2000(3):239-247.

[6]Petros Axaopoulos,Panos Panagakis.Energy and economicanalysis of biogas heated livestock buildings[J].Biomassand Bioenergy,2003(24):239-248.

[7]陆维德.太阳能热利用的现状及我国的对策[J].科技导报,1993(7):41-44.

[8]裴晓梅,张迪,石惠娴,等.太阳能地源热泵沼气池加热系统集热面积优化[J].农业机械学报,2011,42(1):122-128.

[9]石惠娴,王卓,朱洪光,等.太阳能-空气源热泵耦合式沼气池加温系统设计[J].建筑节能,2010(10):28-31.

[10]赵金辉,谭羽非,白莉.寒区太阳能沼气锅炉联合增温沼气池的设计[J].中国沼气,2009,27(3):34-35,39.

[11]王思莹,谭羽非.寒区太阳能和沼气锅炉联合增温系统及试验研究[J].节能技术,2011,29(4):364-366,371.

医院用太阳能热水系统 篇7

关键词：藏区,户户通,光伏电源,广播电视建设

1项目工程概况

1.1项目工程简述

国家实施“村村通”广播电视工程已经有10年了, 目前我省藏区六州已通电行政村都已完成了“村村通”广播电视的目标, 广播电视“村村通”的实施对象已经从已通电行政村转向无电村。

我省藏区藏族人口居住极度分散, 目前还有9.5万无电户农牧民收听、收看不到广播电视节目。解决这些农牧民群众收听、收看广播电视问题难度很大。首先, 部分牧民居无定所, 每年随着草场的变化而迁徙, 无法建立固定的广播电视转播台;其次, 牧区广大的草场都没有通电, 采用“卫星村”的方式覆盖也因无电而无法实施。为解决我省藏区未通电的农牧民能收听、收看到广播电视, 国家计划在我省藏区实施“户户通”广播电视建设项目 (包括太阳能光伏电源户用系统) 。因此, 太阳能光伏电源户用系统工程实施后, 既能解决我省藏区无电村牧民照明的基本用电问题, 同时又能满足“户户通”广播电视设备的用电需求。这样就能一次性解决无电村牧民收看电视的问题, 部分牧民草场迁徙的时候可以带着设备一同迁徙, 到了新的草场只需重新架设即可收看电视。

1.2地理位置

青海省位于青藏高原东北部, 绝大部分为高原山地, 省内以日月山为自然分界, 形成西部的牧业区和东部的农业区。全境均属于青藏高原, 平均海拔高度3000米以上, 最高海拔6860米, 最低海拔1600米。青海藏族主要分布在海北、海南、玉树、果洛、黄南5个藏族自治州和海西蒙古族藏族自治州。六州面积69.6万平方公里, 占全省总面积的96.6%;人口168万人, 其中藏族人口89万人。本次项目涉及的区域为玉树藏族自治州、果洛藏族自治州、黄南藏族自治州、海北藏族自治州、海南藏族自治州和海西蒙古族藏族自治州, 共27个县、2个市、2个行委、172个乡 (镇) , 688个村, 95000户农牧民, 涉及人口47.8万人。

1.3气候条件

青海属典型的高原大陆性气候, 寒冷、缺氧、干燥、多风, 昼夜温差大, 长冬短夏。日照时间长、光照充足、辐射强烈, 无四季区分的气候特征。青海藏区地处青藏高原腹地, 是我国藏族聚居区之一。藏区地势高峻、地形复杂, 阿尔金山、祁连山、昆仑山、巴颜喀拉山、唐古拉山横亘境内, 平均海拔3000米以上, 其中玉树、果洛两州大部分地区海拔在4000~5000米之间, 最高为6860米。青海藏区与西藏虽然同处青藏高原, 但西藏除藏北外, 大部分地区纬度低, 气候温和, 而青海藏区自然条件严酷, 生态环境脆弱。

2太阳能光伏电源户用系统介绍

光伏发电是一种新型的清洁能源, 但是从市场的现实需求来看, 太阳能光伏电源系统在现阶段主要是用于无电、缺电地区的无电人口通电。

光伏发电系统基于光伏效应, 光伏发电系统的核心部件是太阳能电池组件, 它将太阳的光能直接转化为电源。太阳能电池产生的电流为直流电, 可以直接以直流电的形式应用, 也可以用逆变器将其转换成为交流电, 加以应用。

按照目前已经颁布实施的国家标准GB/T19064-2003《家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法》中给出的定义:家用太阳能光伏电源系统是指离网型的光伏电源系统, 由太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、逆变器、电路保护及用电器组成 (图1) 。

2.1太阳能电池

目前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池, 可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面, 单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率低, 但价格更便宜。

2.2单晶硅太阳能电池

硅系列太阳能电池中, 单晶硅大阳能电池转换效率最高, 技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的, 在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位, 但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响, 致使单晶硅成本价格居高不下, 要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料, 寻找单晶硅电池的替代产品, 近年发展了薄膜太阳能电池, 其中多晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。

2.3多晶硅薄膜太阳能电池

通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350450μm的高质量硅片上制成的, 这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少, 又无效率衰退问题, 并且有可能在廉价衬底材料上制备, 其成本远低于单晶硅电池, 而效率高于非晶硅薄膜电池, 因此, 多晶硅薄膜电池将会在太阳能电地市场上占据主导地位。

2.4控制器

家户用太阳能光伏电源系统用控制器的基本作用应该是其显示功能, 控制器应能够指示出系统当前的工作状态, 如充电、正常、过放、过充等状态。

控制器的主要作用是担负着对输出电压, 电流的分配功能, 可以起到管理光伏系统能量、保护蓄电池及整个光伏系统正常工作。

控制器最重要的作用就是防止蓄电池的过充电和过放电。控制器必须具有蓄电池充满断开 (HVD) 及欠压断开 (LVD) 装置以及电路保护功能。为了最大限度延长蓄电池使用寿命, 保证光伏发电系统能长期可靠地工作, 就需要对蓄电池的充放电进行控制。

依照控制器对蓄电池充电调节原理的不同, 常用的充电控制器可分为串联型充电控制器、并联型充电控制器和脉宽调制 (PWM) 型充电控制器。

为了有效地防止过充电, 充分利用太阳能对蓄电池的充电, 近年来发展了脉宽调制 (PWM) 控制器。它以脉冲方式开关光伏组件的输入, 当蓄电池趋向充满时, 随着其端电压的逐渐升高, 脉冲的频率发生变化, 使导通时间缩短, 充电电流逐渐趋近于零。当蓄电池电压有充满点向下降时, 电流又会逐渐增大。这种电路的优点是既能保护蓄电池, 又能充分利用能量。另外, 脉宽调制 (PWM) 控制器还可实现光伏系统的最大功率跟踪 (MPPT) 功能。缺点是脉宽调制控制器自身带来一定的损耗。

2.5逆变器

根据逆变器的输出波形可分为方波逆变器、阶梯波逆变器和正弦波逆变器。

1.方波逆变器的优点是线路简单、价格便宜、维修方便;缺点是由于方波电压中含有大量高次谐波, 在带有铁心电感或变压器的负载用电器中将产生附加损耗, 对收音机和某些通信设备有干扰, 还有调压范围不够宽, 噪声比较大。

2.阶梯波逆变器的优点是输出波形比方波有明显改善, 高次谐波含量减少, 当采用无变压器输出时, 整机效率很高。缺点是阶梯波叠加线路使用的功率开关管较多, 其中有些线路形式还要求有多组直流电源输入, 这给太阳能电池方阵的分组于接线和蓄电池的均衡充电均带来麻烦;对收音机和某些通信设备仍有一些高频干扰。

3.正弦波逆变器的优点是输出波形好, 失真度低, 对收音机和通信设备干扰小, 噪声低;此外, 保护功能齐全, 整机效率高。缺点是线路相对复杂, 对维修技术要求高, 价格较贵。

2.6交/直流系统

1.直流系统

优点:由于没有逆变器, 系统稳定性和故障率要低于交流系统。

缺点:由于常规家用电器的输入电压均为220V, 所以如果选用直流电源系统, 必须对用电器进行改造或通过生产厂家订做, 如此将导致用户采购电器成本增加约15~20%, 而且用电器不通用、扩展性受限制, 使用极不方便。

2.交流系统

优点:由于逆变器输出电压为220V而且自身带有多重保护, 所以一般电器都能够使用, 通用性强, 在使用中系统也会更加安全。

缺点:逆变器在高海拔地区使用, 会造成功率损失约15~20%。

2.7蓄电池

在太阳能光伏系统中使用的蓄电池应具有以下特点: (1) 具有深循环放电性能; (2) 循环寿命长; (3) 对过充过放电耐受能力强; (4) 具有免维护性能; (5) 在低温下具有良好的充电、放电特性; (6) 充放电特性对高温不敏感; (7) 具有较高的能量效率; (8) 无需初充电操作; (9) 具有高的性能价格比; (10) 具有高质量和体积比能量。

3技术方案

3.1综合考虑

卫星接收设备采用直播卫星接收设施。光伏电源产品选用100Wp系统配置和125Wp光伏电源系统、系统采用交流供电方式。太阳能电池板采用多晶硅薄膜电池、控制器采用脉宽调制 (PWM) 型、逆变器采用方波逆变器 (控制逆变一体机) 、蓄电池采用阀控式、全密封、深循环、铅酸储能型蓄电池、照明灯采用高品质的节能灯。

另外, 由于牧区的牧民也会因夏季草场、冬季草场或“划区轮牧“的迁移而季节性地改变使用地点, 部分牧民可能经常性地改变使用地点。因此, 作为一种由藏区牧民使用的小型供电电源, 应注重“便携式”的特点, 系统尽量采用”一体化“的结构, 即使系统的部件分成两个或三个部分, 这几个部分也应相对完整、独立, 它们之间的连接也应尽量做到“傻瓜式”连接。

3.2产品规格

由于我省藏区经济发展相对落后, 大部分农牧民经济状况较差, 考虑到一小部分经济状况相对较好的农牧民对物质生活的进一步需求, 在太阳能光伏电源的选型、配置方面以100Wp系统设备为主, 125Wp系统配置为辅。89000套采用100Wp系统配置, 6000套采用125Wp系统配置。

3.3项目建设资金

100Wp光伏电源系统配置所需资金全部向国家申请, 由国家拨款进行建设;125Wp光伏电源系统配置资金由国家按100Wp系统配置资金拨款, 缺口资金 (大约为2400元/套) 由三级地方财政配套、受益群众筹集的方式解决。此项目工程共需投入资金大约为7.2亿元。

3.4项目工程计划分三年实施完成

第一年实施无电村231个, 无电户31699个。第二年实施无电村230个, 无电户31676个。第三年实施无电村227个无电户31625个。

4项目方案的经验总结

1.项目方案中采用的卫星接收设备是普通的不具备刻录功能的直播卫星接收机。如果采用具有刻录功能的高性能直播卫星接收机, 农牧民就可以把自己喜欢的农牧业科学知识及其他好的电视节目录制下来, 然后根据自己的需要进行点播收看。这样不仅丰富了农牧民的文化生活, 还极大地满足了他们对农牧业科学知识的需求, 这对偏远、落后地区人民群众的物质文明和精神文明建设具有积极地作用。

2.做项目方案时考虑到藏区在秋、冬季风比较大, 本打算用挂架把接收天线固定在墙面上或用座架把接收天线固定在房屋前。但由于我省藏区农牧民经济条件较差, 居住的房屋大多是土木结构, 而且大部分房屋前有树木, 直播卫星接收天线无法固定在墙面上或房屋前, 只能放置在屋顶上。要把卫星接收天线固定在屋顶上, 就必须要有一个基座, 因此我们定制了50 (长) ×50 (宽) cm、重30kg的水泥机墩, 在上面打眼后再用膨胀螺丝进行固定。采用这种办法既能很好地解决卫星接收天线的固定问题, 又能解决卫星接收天线受大风影响的问题。

3.青海藏区地处青藏高原腹地, 寒冷、昼夜温差大、长冬短夏, 密封型铅酸蓄电池存在一个高寒降效问题。它的温度特性为:在工作环境温度为0℃时的容量不低于额定容量的85%, 温度为-10℃时容量不低于额定容量的74%, 温度为-20℃时容量不低于额定容量的62%。可见, 铅酸蓄电池的容量受环境温度影响较大。而胶体蓄电池是在铅酸蓄电池基础上发展起来的一种更先进的蓄电池产品。胶体蓄电池的电解液为胶状, 电池的电解质采用含有气相二氧化硅的胶体物质, 呈凝胶状态, 不流动、无漏露、无酸液分层现象, 使极板各部反应均匀。电池在高温及过充电的情况下, 不易出现干涸现象, 胶体电池热容量大, 散热性好, 不易产生热失控现象。电池可立式或卧式摆放, 在运输中无漏液的危险。由于胶体的稳定性, 胶体蓄电池在自放电率、温度适用范围、寿命和环保等方面具有铅酸蓄电池无法比拟的优越性能。寿命为铅酸蓄电池的2.5倍, 但目前价格也是铅酸蓄电池的2倍。在建设资金充足的情况下, 应该考虑采用胶体蓄电池作为储能装置。

4.由于项目方案的资金来源不足, 我们采用的照明灯为节能灯, 而没有采用LED灯。LED灯是近年发展起来的高科技产品, 它以高亮LED (发光二极管) 为光源, 以微处理器为核心进行PWM (脉宽调制) 控制从而达到节能的目的。利用太阳能光伏技术发电本身光能转换效率就不高, 如果能在用电器上把能耗降低, 将起到事半功倍的作用。LED灯在同等照度下, 其功耗是普通日光灯的1/10, 是节能灯的1/4, 同时其使用寿命达到10万小时, 远远强于节能灯, 从长远的经济效益来看也是非常显著的。青海藏区的生态环境比较脆弱环保问题就显得更加突出, 普通的日光灯和节能灯都是采用汞蒸汽作为发光介质, 一旦灯具损坏丢弃势必会造成环境污染, 且汞的污染是不易分解的, 而LED灯的发光原理是通过半导体材料因而不会产生任何污染。LED灯由于寿命长、低能耗、环保性强的特点更适合于在藏区应用。目前, 白炽灯正在被淘汰、节能灯正在普及、LED白光灯是未来的发展趋势, 但LED灯目前价格比较高。

总之, 在项目建设中要从本地区的实际出发、因地制宜选择性价比高、技术先进、对环境友好的设备, 最大限度地发挥项目的经济效益和社会效益。

参考文献