带电辅助能源的热水系统太阳能保证率长期性能预测

皇明太阳能股份有限公司 ■ 于海芹 刘海波 俎建立 王建芳 徐兴峰

一 引言

根据新出的国家标准GB/T 25967-2010《带辅助能源的家用太阳能热水系统热性能试验方法》要求，能够对带辅助能源的家用太阳能热水系统进行长期太阳能保证率的测试及预测。太阳能保证率是指系统中由太阳能部分提供的热量除以系统总负荷。太阳能保证率的测试分为单天太阳能保证率测试和长期太阳能保证率测试。单天太阳能保证率测试是为防止辅助能源提供的能量过多，而太阳能作为点缀的情况下，长期太阳能保证率测试是为在系统长期运行下得出系统的长期性能并能对系统进行长期性能预测。

由于长期太阳能保证率的测试及预测仅涉及上述标准中的热性能试验过程中太阳能保证率较高的测试，并未涉及无太阳辐射(仅辅助加热)测试，故本文针对标准中有日照测试(太阳能保证率较高的测试)的要求及实际的测试，实现了带电辅助能源热水系统太阳能保证率的测试及长期预测。

二 系统的组成及原理

测试原理如图1所示。从图1可以看出，测试过程中需打开进水电磁阀、出水电磁阀，同时测量流量及进、出口温度，并测量总辐射、风速、环境温度和辅助电加热消耗的电能。

测试过程中按表1的排热量进行排水。

三 测试过程控制与数据的记录保存

测试过程中的排热量控制根据表1进行，通过PLC进行控制。按标准要求，当排热量达到表1的要求或供水温度小于规定供水温度5℃时停止热量的排放。测试过程可通过手动测试和自动测试两种控制方式进行，同时在控制柜上还配有触摸屏，使测试更加方便。

表1 排热量时刻表

某日的排热量曲线如图2所示。

数据的测量包括消耗的电能、辐照、环境温度、风速、水箱进出口温度及流量。相应的测量仪器都经过计量，均能达到测试要求。

数据的记录和保存通过软件实现，时时监控数据，采集的部分数据示例如表2所示。

表2 某一天中13点时的排热量数据

表3 测试数据汇总表

四 数据分析与结果

经过大量的测试，有12组有日照测试数据，如表3所示。

太阳能保证率的计算公式为：

将表3中的数据带入公式(1)得12组方程，利用最小二乘法得到a1=2.3159，a2=−1.5698，a3=0.1269。

将a1、a2和a3带入式(1)，得到：

式中，td为热水供水温度；te为有效环境温度；QL,S为日供热量；H为辐照量。有效环境温度te的计算公式为：

式中，ta为环境温度；tmin为冷水供水温度。

再根据太阳能保证率f和日供热量QL,S，通过式(4)计算出辅助能源QAUX,S的消耗量，从而实现辅助能源消耗量的预测。

例如：某日的冷水供水温度tmin为20℃，热水供水温度td为40℃，环境温度ta为26℃，供热量QL,S为60MJ，辐照量H为19MJ/m2。根据式(3)计算出有效环境温度te=ta+(ta−tmin)/2=29℃。

将以上数据代入式(2)，可得出当天的太阳能保证率为：

则当天的辅助能源消耗量为：

五 结论

通过以上内容得出太阳能保证率的长期预测及相应辅助能源的消耗量计算方法，但是本文的结果是只针对一台热水系统，因此本文的结果只能代表与之相同系列的热水系统，对于其他类别的热水系统，我们可用相同的方法来对其进行太阳能保证率的测试及其长期性能预测。