虹润无纸记录仪在太阳光伏发电上的应用

一、摘要

       虹润NHR-8700系列48路彩色数据采集无纸记录仪是依据GB/T 34036-2017国家标准开发的产品，该标准由虹润公司主草。它在设计上吸纳了当今电脑结构思路，硬件上采用内带快闪存储器的新型微处理器，扩充了数据存储区，显示器采用高分辨率点阵式液晶屏，软件上引入中文WINDOWS的框架思路，并采用了数据压缩和USB 转存技术，外置大容量铁电存储器从而保证了数据存储时间长度。仪表全面采用了表面贴装工艺，并采用多重保护和隔离设计，抗干扰能力强，可靠性高。仪表最多可同时接48路通道万能信号，输入通道相互隔离，并具有报警控制、模拟变送、RS485/232通讯等输出功能，是一款功能齐全的汉显仪表。产品的EMC设计符合GB/T17626.2-11相关规定，同时产品取得了CE认证。

二、产品的市场背景

       太阳能智能无纸记录仪技术应用和实际应用方面是走在世界前列的。上世纪80年代中期，许多科学家就开始致力于提高太阳能光伏板的效率。一些乐观主义者认为随着太阳能技术的不断进步，加上政府的大力支持，太阳能可能会与化石燃料一样在产生电能方面变得经济高效。

　　本试验尝试用光伏/光热二合一收集器为核心的太阳能利用系统，实现将光伏/光热应用合二为一，进一步提高太阳能源的利用效率和扩展太阳能利用的适应性。试验系统中的热传导介质保障了太阳能电池板温度和发电效率的基本稳定，大幅度提高了电池效率和低温热量的利用率，实现了较高的综合效率，可保障系统在不需要外部供电条件下的自行运行。同时系统在输出相同能量的情况下比独立的光伏、光热系统占地面积更少，是一种具有广阔前景的新型太阳能综合利用技术。虹润 NHR-8700系列48路彩色数据采集无纸记录仪在太阳能储能上实现了温度采集、记录、分析、通讯等功能，为太阳能储能数据实验提供了可靠有效的数据保障。

三、产品的主要技术原理

       1、软件基于ARM内核的中央处理器，采用嵌入式操作系统，外置内带快闪存储器。

       2、硬件通过光耦继电器对通道信号值隔离、切换，转换成可识别的标准信号，经过基准电源、运算放大器、AD转换器实现模拟量到数字量的线性转换。

       3、显示器选用7英寸高分辨率（800*480）点阵真彩液晶显示屏幕，LED背光，宽温、宽视角；显示内容可由汉字，数字，过程曲线，棒图等组成，通过面板按键可完成画面翻页，历史数据前后搜索，曲线时标变更等。

       4、产品带USB数据转存功能，可随时通过U盘和上位机分析软件随时调阅过程量变化的历史曲线或相关的历史数据，为太阳能储能实验提供有力的数据分析。

       5、产品在整个太阳能光伏发电系统中，负责产品的温度采集、控制、分析、记录、通讯组网等功能。

四、产品的应用

       项目概况

       该试验项目位于某大学实验楼，主要用于工程科学学院的课题研究。系统产生的热水和电力供办公室和学生公寓使用。 　　

       1、气象参数：（1）合肥地理位置处于北纬31°52′，东经117°17′。（2）自来水温度：秋季平均15℃，冬季平均10℃。（3）年日照时间：2200～2500h，年平均环境温度15℃，太阳能当地纬度太阳能年平均日太阳辐射量11873KJ/㎡。 　

　    2、系统可实现功能：（1）系统运行 1）太阳能热水系统 ：具有间接换热、温差自动循环、自动补水、集中供水功能。2）太阳能光伏发电系统 ：具有自用电和并网发电两个功能。部分电量通过蓄电池蓄电可直接用于驱动光热系统温差自动循环的直流泵，减少常规能源的消耗。（2）系统监控 ：本监控系统根据用户要求和被控制系统要求采用PLC编程控制，采用LCD触摸屏连接计算机。可实现：1）实时数据采集：主要应用于流量、温度（7个温度点）、压力，以及光伏发电的电压、电流、可变送的量。 2）历史数据记录：可根据系统要求进行数据记录、保存和查阅。3）工况显示：通过LED显示反映系统工作状况。

       新型太阳能光伏／光热（PVT）一体化系统运行原理

       系统运行原理如下 　　

       1、光热部分工作原理：本系统采用间接换热、温差自动循环、自动补水、集中供水的运行方式。
       （1）间接换热：在储热水箱中设置盘管。集热器流出的“热媒”走盘管内，与水箱中的“冷水”通过盘管热交换器进行热交换。“热媒”可以使用抗冻液，在寒冷的区域也可以使用。
       （2）温差自动循环：当集热器出口水温t1高于水箱底部水温t25℃时，循环泵自动启动，“热媒”开始循环，加热水箱中的“冷水”，直至水温相同时，循环泵停止工作。
       （3）自动补水：当水箱水位降低到设置低位时，常闭电磁阀E1自动开启，补水到正常水位。 　　

        2、光伏部分工作原理：光伏发电系统利用半导体材料的光伏效应，通过集热器表面的光伏发电板，直接将太阳能转化为电能。发电板与蓄电池和逆变器相连，通过蓄电池储存电能，供系统使用；通过逆变器将电能并网供外部电网。

           系统匹配 　　

       1、基本参数：（1）用水人数：设计使用人数20人 。（2）用水定额：100L/人•日。（3）用水时间：24小时供应。（4）设计热水温度：50℃。（5）设计冷水温度：5℃ 　　

       2、系统设计计算：（1）设计小时耗热量计算：22100W。（2）设计小时热水量：427.38L/h。（3）集热器面积确定：本系统采用间接换热系统，太阳能集热器法向为正南。根据《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》第4章应先算出直接换热系统集热面积。

       系统设备选型及说明 　　

       1、保温水箱：选用2吨的不锈钢保温水箱，内置直径为21mm、长度为20m的SUS304不锈钢波纹盘管。保温材料采用聚氨酯发泡保温，保温层厚度为60㎜。 　　

       2、循环水泵：根据本系统特点，给本装置配置两台水泵，一台由系统自发直流电作为动力，作为主循环泵，另一台由外部电网的交流电作为动力，是系统备用循环泵。循环泵流量计算如下：Qx=B2×Ac 

       式中：Qx—集热泵流量,L/s； 　　

                 B2—流量系数,B2=0.02/(m2•s)。 　

       3、光热控制系统：（1）太阳能系统控制 ：本系统采用间接换热、温差自动循环、自动补水、集中供水的运行方式，晴好天气充分利用太阳能。（2）实时监控系统：监控系统采用NHR-8700真彩无纸记录仪。

       4、光伏系统设备配置计算：（1）太阳能电池板配置：采用光伏平板集热器，实现光伏、光热一体化。光伏平板集热器外形尺寸为1227mm*1045mm，根据42m2集热面积计算，满足热力需要的光伏平板集热器数量为36块。该光伏平板集热器的光伏转换层采用单晶硅材料，每个集热器为100wp，36块光伏平板集热器的总发电功率为3600Wp。（2）控制器配置 　　根据选用的直流水泵计算：180W/24V=7.5A，选配10A控制器一台。（3）蓄电池配置：设计直流水泵工作6小时/天，日耗电量为180W×6h=10800WH。以连续阴雨2天保障自供电需要配置蓄电池：10800WH*2(天)/(24V*70%)=1285.7AH，因此，配置170AH蓄电池8块。 　

       主要设备：虹润NHR-8700系列48路彩色数据采集无纸记录仪 

       产品图示 :

       实现功能：①实时监控数据采集，主要应用于流量，温度（7个温度点），压力，以及光伏发电的电压、电流、可变送的量。②历史数据：可根据系统要求进行数据保存和查阅并可进行实时数据记录。③通过LCD显示系统工作状况。 　

       产品图片 : 

五、结束语

       系统采用新型光伏／光热（PVT）收集器集光伏发电与太阳能低温热利用为一体，是综合利用太阳能源的新尝试。

       本系统具有以下特点：
       1、系统应用高度自动化控制和监控系统保障系统的自行运行，能在无人值守的情况下全天24小时提供足量温度适宜的生活热水。
       2、同时系统通过使用自供电，大幅度降低了对外部使用量。正常情况下，不消耗外部能源。
       3、系统具有的自动化数据采集和记录功能，满足不同控制方式和匹配条件进行对比试验的需求。
       4、系统中的热传导介质可保障太阳能电池板温度和发电效率的基本稳定，一方面能够大幅度提高电池效率，另一方面可同时回收利用电池板产生的低温热量，从而实现较高的综合效率。同时在输出相同能量的情况下比分离式太阳电池板和普通太阳集热器占地面积更少，是一种具有广阔前景的新型太阳能综合利用技术。 　　　 　

       虹润NHR-8700系列48路彩色数据采集无纸记录仪在现场安装调试中，效果较好。在太阳能光伏发电系统中对整个系统的关键参数如流量、温度、压力等能实现高精度的采集和记录，并能对数据结果可调阅、查询，为系统的正常运行提供有效的数据支撑。