NHR-8700系列48路彩色數據采集無紙記錄儀在太陽光伏發電上的應用

一、摘要

     虹潤NHR-8700系列48路彩色數據采集無紙記錄儀是依據GB/T 34036-2017國家標準開發的產品，該標準由虹潤公司主持起草。它在設計上吸納了當今電腦結構思路，硬件上采用內帶快閃存儲器的新型微處理器，擴充了數據存儲區，顯示器采用高分辨率點陣式液晶屏，軟件上引入中文WINDOWS的框架思路，并采用了數據壓縮和USB 轉存技術，外置大容量鐵電存儲器從而保證了數據存儲時間長度。儀表全面采用了表面貼裝工藝，并采用多重保護和隔離設計，抗力強，可靠性高。儀表多可同時接48路通道信號，輸入通道相互隔離，并具有報警控制、模擬變送、RS485/232通訊等輸出功能，是一款功能齊全的漢顯儀表。產品的EMC設計符合GB/T17626.2-11相關規定，同時產品取得了CE認證。

二、產品的市場背景

     太陽能智能無紙記錄儀技術應用和實際應用方面是走在世界前列的。上世紀80年代中期，許多科學家就開始致力于提高太陽能光伏板的效率。一些樂觀主義者認為隨著太陽能技術的不斷進步，加上政府的大力支持，太陽能可能會與化石燃料一樣在產生電能方面變得經濟。

     本試驗嘗試用光伏/光熱二合一收集器為核心的太陽能利用系統，實現將光伏/光熱應用合二為一，進一步提高太陽能源的利用效率和擴展太陽能利用的適應性。試驗系統中的熱傳導介質保障了太陽能電池板溫度和發電效率的基本穩定，大幅度提高了電池效率和低溫熱量的利用率，實現了較高的綜合效率，可保障系統在不需要外部供電條件下的自行運行。同時系統在輸出相同能量的情況下比獨立的光伏、光熱系統占地面積更少，是一種具有廣闊前景的新型太陽能綜合利用技術。虹潤 NHR-8700系列48路彩色數據采集無紙記錄儀在太陽能儲能上實現了溫度采集、記錄、分析、通訊等功能，為太陽能儲能數據實驗提供了可靠有效的數據保障。

三、產品的主要技術原理

     1、軟件基于ARM內核的中央處理器，采用嵌入式操作系統，外置內帶快閃存儲器。

     2、硬件通過光耦繼電器對通道信號值隔離、切換，轉換成可識別的標準信號，經過基準電源、運算放大器、AD轉換器實現模擬量到數字量的線性轉換。

     3、顯示器選用7英寸高分辨率（800*480）點陣真彩液晶顯示屏幕，LED背光，寬溫、寬視角；顯示內容可由漢字，數字，過程曲線，棒圖等組成，通過面板按鍵可完成畫面翻頁，歷史數據前后搜索，曲線時標變更等。

     4、產品帶USB數據轉存功能，可隨時通過U盤和上位機分析軟件隨時調閱過程量變化的歷史曲線或相關的歷史數據，為太陽能儲能實驗提供有力的數據分析。

     5、產品在整個太陽能光伏發電系統中，負責產品的溫度采集、控制、分析、記錄、通訊組網等功能。

四、產品的應用

項目概況

     該試驗項目位于某大學實驗樓，主要用于工程科學學院的課題研究。系統產生的熱水和電力供辦公室和學生公寓使用。

     1、氣象參數：

    （1）合肥地理位置處于北緯31°52′，東經117°17′。

    （2）自來水溫度：秋季平均15℃，冬季平均10℃。

    （3）年日照時間：2200～2500h，年平均環境溫度15℃，太陽能當地緯度太陽能年平均日太陽輻射量11873KJ/㎡。

     2、系統可實現功能：

    （1）系統運行

     1）太陽能熱水系統 ：具有間接換熱、溫差自動循環、自動補水、集中供水功能。

     2）太陽能光伏發電系統 ：具有自用電和并網發電兩個功能。部分電量通過蓄電池蓄電可直接用于驅動光熱系統溫差自動循環的直流泵，減少常規能源的消耗。

    （2）系統監控：本監控系統根據用戶要求和被控制系統要求采用PLC編程控制，采用LCD觸摸屏連接計算機。可實現：

     1）實時數據采集：主要應用于流量、溫度（7個溫度點）、壓力，以及光伏發電的電壓、電流、可變送的量。

     2）歷史數據記錄：可根據系統要求進行數據記錄、保存和查閱。

     3）工況顯示：通過LED顯示反映系統工作狀況。

新型太陽能光伏／光熱（PVT）一體化系統運行原理

系統運行原理如下：

     1、光熱部分工作原理：本系統采用間接換熱、溫差自動循環、自動補水、集中供水的運行方式。

    （1）間接換熱：在儲熱水箱中設置盤管。集熱器流出的“熱媒”走盤管內，與水箱中的“冷水”通過盤管熱交換器進行熱交換。“熱媒”可以使用抗凍液，在寒冷的區域也可以使用。

    （2）溫差自動循環：當集熱器出口水溫t1高于水箱底部水溫t25℃時，循環泵自動啟動，“熱媒”開始循環，加熱水箱中的“冷水”，直至水溫相同時，循環泵停止工作。

    （3）自動補水：當水箱水位降低到設置低位時，常閉電磁閥E1自動開啟，補水到正常水位。

     2、光伏部分工作原理：光伏發電系統利用半導體材料的光伏效應，通過集熱器表面的光伏發電板，直接將太陽能轉化為電能。發電板與蓄電池和逆變器相連，通過蓄電池儲存電能，供系統使用；通過逆變器將電能并網供外部電網。

系統匹配

     1、基本參數：

    （1）用水人數：設計使用人數20人 。

    （2）用水定額：100L/人•日。

    （3）用水時間：24小時供應。

    （4）設計熱水溫度：50℃。（5）設計冷水溫度：5℃。

     2、系統設計計算：

    （1）設計小時耗熱量計算：22100W

    （2）設計小時熱水量：427.38L/h

    （3）集熱器面積確定：本系統采用間接換熱系統，太陽能集熱器方向為正南。根據《民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊》第4章應先算出直接換熱系統集熱面積。

系統設備選型及說明

     1、保溫水箱：選用2噸的不銹鋼保溫水箱，內置直徑為21mm、長度為20m的SUS304不銹鋼波紋盤管。保溫材料采用聚氨酯發泡保溫，保溫層厚度為60mm。

     2、循環水泵：根據本系統特點，給本裝置配置兩臺水泵，一臺由系統自發直流電作為動力，作為主循環泵，另一臺由外部電網的交流電作為動力，是系統備用循環泵。循環泵流量計算如下：

Qx=B₂×Ac

     式中：Qx—集熱泵流量，L/s；

             B₂—流量系數，B₂=0.02/(㎡•s)

     3、光熱控制系統：

    （1）太陽能系統控制 ：本系統采用間接換熱、溫差自動循環、自動補水、集中供水的運行方式，晴好天氣充分利用太陽能。

    （2）實時監控系統：監控系統采用NHR-8700真彩無紙記錄儀。

     4、光伏系統設備配置計算：

    （1）太陽能電池板配置：采用光伏平板集熱器，實現光伏、光熱一體化。光伏平板集熱器外形尺寸為1227mm×1045mm，根據42㎡集熱面積計算，滿足熱力需要的光伏平板集熱器數量為36塊。該光伏平板集熱器的光伏轉換層采用單晶硅材料，每個集熱器為100Wp，36塊光伏平板集熱器的總發電功率為3600Wp。

    （2）控制器配置

     根據選用的直流水泵計算：180W/24V=7.，選配10A控制器一臺。

    （3）蓄電池配置：設計直流水泵工作6小時/天，日耗電量為180W×6h=10800WH。以連續陰雨2天保障自供電需要配置蓄電池：10800WH×2(天)/(24V×70%)=1285.7AH，因此，配置170AH蓄電池8塊。

主要設備：虹潤NHR-8700系列48路彩色數據采集無紙記錄儀

產品圖示：

實現功能：

     ①實時監控數據采集，主要應用于流量，溫度（7個溫度點），壓力，以及光伏發電的電壓、電流、可變送的量。

     ②歷史數據：可根據系統要求進行數據保存和查閱并可進行實時數據記錄。

     ③通過LCD顯示系統工作狀況。

產品圖片：

五、結束語

     系統采用新型光伏／光熱（PVT）收集器集光伏發電與太陽能低溫熱利用為一體，是綜合利用太陽能源的新嘗試。

     本系統具有以下特點：

     1、系統應用高度自動化控制和監控系統保障系統的自行運行，能在無人值守的情況下全天24小時提供足量溫度適宜的生活熱水。

     2、同時系統通過使用自供電，大幅度降低了對外部使用量。正常情況下，不消耗外部能源。

     3、系統具有的自動化數據采集和記錄功能，滿足不同控制方式和匹配條件進行對比試驗的需求。

     4、系統中的熱傳導介質可保障太陽能電池板溫度和發電效率的基本穩定，一方面能夠大幅度提高電池效率，另一方面可同時回收利用電池板產生的低溫熱量，從而實現較高的綜合效率。同時在輸出相同能量的情況下比分離式太陽電池板和普通太陽集熱器占地面積更少，是一種具有廣闊前景的新型太陽能綜合利用技術。

     虹潤NHR-8700系列48路彩色數據采集無紙記錄儀在現場安裝調試中，效果較好。在太陽能光伏發電系統中對整個系統的關鍵參數如流量、溫度、壓力等能實現高精度的采集和記錄，并能對數據結果可調閱、查詢，為系統的正常運行提供有效的數據支撐。