基于STC的太阳能集热控制系统的设计

黄黎斌， 彭 瑾

(1.上海电子信息职业技术学院，上海 201411；2.安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥 231603)

太阳能热水器在倡导建设绿色和谐地球的今天，是集节能环保实用等优点于一身的电器。但是普通的太阳能热水器基本放置在楼房的屋顶,从楼顶到出水龙头这一段距离较长,管道中存了大量水,北方的冬季空气比较寒冷,管道中的水温普遍较低。当人们用热水时,通常要将管道中的水排掉,出水龙头距离楼房顶部距离越远,需要排掉的冷水就越多,因而不可避免会造成浪费水资源。针对这一问题,我们设计出了为集中供热水的太阳能工程及别墅型太阳能热水器专门开发研究的智能型控制系统。该系统具有参数可以人工调节、到达合适温度自动声光报警、水充分利用等特点。安全可靠、成本低廉、节水效果显著，具有很高的推广价值。

1 系统组成

本系统主要由单片机控制模块、温度测量模块、电磁阀控制模块、按键模块、储水箱、抽水泵等组成。细化成下面几个方面的设计：

(1)超大LED集成显示。能显示集热器温度、保温温度、管道温度、保温水位、恒温水箱温度、恒温水箱水位、低温温度、北京时间及工作状态。

(2)水位控制和定时控制设计。当水箱水位降至进水位时，控制器会自动上水，加水至设定的上限水位自动停水。水位上下限可任意设定；同时，也可以设定三次定时上水功能，时间可在00：00～24：00之间任意设定。

(3)温控加热和定时加热设计。用户可根据自己所需要的功能，来设定电加热温度上下限。

(4)自动控制热交换泵。热交换循环泵为温差循环控制，温差循环时，启动循环泵。当两边温度接近时(至设定的温差下限)，关闭循环泵。

(5)自动控制增压泵。当水压不够无法上水需要装增压泵时，电脑可以自动控制增压泵工作(增压泵和电磁阀同步)。

(6)自动控制管道循环泵。有3种工作方式，用户可以根据实际需要设置其中1种：时控循环、温控循环和温差循环。

(7)恒温出水控制。当水箱温度≥恒温出水启动温度时，自动启动恒温出水泵到恒温水箱里，水箱温度≤恒温出水停止温度，(温控出水启动温度-温控出水停止温差)，自动停止出水泵。

(8)自动/手动切换设计。用户可根据实际需要，在许可的状态下，随时通过手动工作，进行加水、加温、热交换、管道循环的启动或关闭。

(9)温控上水。当温控上水显示时，温控上水功能开启。当集热器温度再高于水箱温度时系统自动转入温差循环模式。

(10)防冻保护设计。防冻探头装在集热器的进水口，当防冻探头温度低于5℃开始热循环，到8℃停止热循环。把保温水箱的热水循环到集热器以保证集热器及热循环管道冻坏。在北方最好伴热带和防冻功能同时开启，确保万无一失保护。

(11)系统复位。用户对参数进行修改后，如果出现功能不正常，可以按住“复位/保存”键3s后待HF显示全亮时放开，即恢复出厂设置，以后主机按基本功能运行。

2 技术参数

技术参数如下：主机消耗功率:<5W (不含电加热、水泵、电磁阀)；工作电压：AC220V/380V ±10% 50Hz；电磁阀参数:AC220；测温精度：±2℃；

测温范围：0～99℃；水位分档：5档；控制电加热功率：(根据客户要求来订)；热交换泵功率一般：≤ 1500W； 管道循环泵功率一般：≤1500W；漏电动作电流≤30mA/0.1s。

3 工程安装简图与控制柜接线图

双水箱中间有恒温出水泵的安装图如图1所示，单水箱控制安装图如图2所示，双水箱中间没有循环泵安装图如图3所示，工程柜接线图如图4所示。

图1 双水箱中间有恒温出水泵的安装图

图2 单水箱控制安装图

图3 双水箱中间没有循环泵安装图

图4 工程柜接线图

4 使用效果

在海拔高度不超过2000m，控制器室内工作温度-10℃～50℃，空气相对湿度大于90%，无腐蚀气体的条件下，该系统能满足1栋楼3层共24户夏季所有热水供应，冬季阳光弱时，配合少量用电量也可满足用户热水需求。在满足用户要求的前提下，真正达到节能环保的目的。

5 结束语

该系统设计合理、工作稳定、性能可靠、操作简单，可以满足需求的同时，有效节约能源，减少浪费。