远程实时智能控制太阳能高效光热工程的相关技术研究

马昭键 方凤才 蒙献芳

【摘 要】文章介绍了广西吉宽太阳能设备有限公司研发远程实时智能控制太阳能高效光热工程的相关技术，依托公司高新技术企业实力，集成多项先进技术，研制互联网+Wi-Fi远程实时智能控制太阳能高效光热工程产品。

【关键词】智能控制;太阳能;工程

0 引言

开发新清洁能源太阳能对中国缓解现今对煤炭、石油等不可再生能源的依赖具有较大的紧迫性。21世纪，环保节能是全世界都在关注的大问题，并且地球上的能源有限，过度地开发已经让不少国家产生能源危机，而寻求新能源是当下迫在眉睫的事情。太阳能作为清洁能源，可开发的价值不断扩大，已经引起世界的关注。然而在整体经济大环境不景气的条件下，有关鼓励政策推陈出新，市场也发生了变化，消费者需求呈多样化趋势，不少中小太阳能热利用企业由于没能做好转型升级工作，对行业发展趋势缺乏清晰认识，出现了发展增速减缓或者下滑现象。本公司研究开发利用高效太阳能，通过科技创新，加大技术投入，突破传统吸热涂料技术瓶颈，提高其太阳光吸收率，具有较大的紧迫性。

1 市场需求

目前，我国太阳能光热利用主要集中在采暖、热水方面，在工业领域的发展较为缓慢，而欧美发达国家恰恰是工业领域的应用占比最高。而值得注意的是，太阳能热利用企业在深耕国内市场的同时，更多关注“一带一路”沿线等海外市场。目前，包括印度、斯里兰卡及非洲等发展中国家的工业热利用竞争并不非常激烈，且当地工业发展缓慢的主要障碍就是能源问题，热水价格也非常高，这对于太阳能热利用企业来说都是非常大的商机。政府也明确给予了发展意见：依托国家能源外交，在双边和多边政府合作框架下，结合“一带一路”中巴经济走廊、孟中印缅经济走廊、中亚、中阿能源合作等双边或多边能源政府合作机制，持续加强太阳能光伏发电、热利用产业国际市场规划合作，引导重大国际项目开发建设，形成国际化市场发展。广西太阳能光热行业小微企业较多，产品质量参差不齐，市场占有率较低。从整体来看，行业同质化严重，技术创新少，市场竞争无序，个别企业廉价倾销，这都导致了广西太阳能光热行业市场低迷的现状。围绕“物联、互联、智联”，互联网思维下企业的创新升级方向将是太阳能发展的大势所趋，是传统转型升级的新方向。本公司研究的产品正是运用互联网思维，通过科技创新，采用了传感测量技术、Wi-Fi无线网络技术、物联网云计算技术和移动终端应用技术达到对太阳能热水工程系统的控制参数、得热量、状态进行远程监控目的，实现节约、舒适、高效可靠的用水、用电、用能、用热。

2 研究内容

自主研究开发一款“互联网+远程智能控制太阳能光热利用工程系统”，该系统主要由太阳能集热器、循环水箱、储热水箱、循环管道、“互联网+智能控制系统”、支架等组合而成。采用自主研发发明专利技术“一种耐候性高的太阳能吸热涂料”，集热器太阳能吸收效率高，耐候性能高;采用物联网的智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，即“互联网+物联网远程终端智能操控技术”，集多个数据功能模块为一体，具备远程智能操控、可自由查询多种参数、故障诊断分析等功能，便利性好，智能化程度高。它可广泛应用于居民社区、医院、学校、酒店、旅游风景区、科技园区、工业厂区等众多领域。

2.1 太阳能光热利用工程系统设计技术研究

该太阳能系统是由太阳能集热器、循环水箱、储热水箱、循环管道、支架、远程实时智能控制系统、水泵、过滤器等设备和附件组合而成的。集热器采用工程联箱和真空管组合形式，采用左右串联，前后并联排列设计模式，结构整齐，空间得到合理利用。

该太阳能光热利用工程系统是利用太阳能集热器吸热涂层吸收太阳热量，通过光热转化，光能转化为热能，从而使水温升高，智能控制系统通过自动控制循环泵和电磁阀等功能部件的运行，可实现水在集热器、管道、循环水箱之间的循环流动，有利于均衡水温。通过水温水位传感器，当热水到达设定温度后，该智能控制系統可以对水泵、电磁阀等进行智能调控，循环水箱里面的水会自动进入储热水箱储存，供客户使用。

2.2 远程终端互联网+无线网、物联网智能操控技术研究

采用模块一体化设计，由远程终端控制模块、无线数据传输模块、信息通信模块、故障诊断模块等模块组成，利用物联网云技术可以实现联网通信、数据传输与接收、实时监控、系统定位、故障诊断维修、系统定位、智能化识别等综合管理功能。还可以在手机或电脑上安装远程监控终端，管理者在异地联网就可以远程查询该系统的水温、水位、压力、水流量等精确参数，同时实现操控自动上水、调节水温、启动电加热等功能，特别是当发生故障时，有报警信号提示，可查看出故障所在位置，通过在终端上调控或呼唤人工就可以实现及时有效的维修。相比传统的热水工程控制系统，它解决了在工业控制上的远程控制问题，实现了工业控制物联网的功能，便利性好，智能化程度高。

2.3 高效吸热耐候涂料技术研究

自主研发的涂料已申报国家发明专利“一种耐候性高的太阳能吸热涂料”，由以下重量分配比的原料制成：丙烯酸树脂28～32份，氟碳树脂10～20份，聚酯树脂6～8份，氯化石蜡8～10份，三氧化二铁3～5份，炭黑4～6份，纳米氮化钛4～6份，二氧化锰3～5份，乙醇10～20份，固态硅酸钠黏结剂2～4份，环烷酸锰液5～8份，环烷酸钴液2～4份，丁二酸二甲酯5～10份，戊二酸二甲酯8～12份，去离子水10～20份。通过添加新型成膜剂、纳米氮化钛吸收剂、固态硅酸钠黏结剂、环烷酸锰液溶剂等材料，使研究出来的涂料极大地克服了传统吸热涂料的不足，尤其是吸热效率不高、耐热性较差等缺陷。该涂料设计采用枝体苯环网状晶体结构，在太阳光的照射下，光子能够在内部不断地重复反射，这种特殊的不规则的构造使得涂料可以更加高效地获取和吸收太阳光的能量，它吸收太阳光子的效率可达96%（传统的普通涂料一般只有80%左右），吸热性能好，光热转化效率极高。同时，这种新型涂料的化学稳定性好、耐老化性强、耐热性高、耐候性强，相比普通的涂料，该吸热涂料不会在长期的紫外线高温照射下，发生化学元素易分解现象，从而导致吸热性能下降等情况。

2.4 聚氨酯材料保温技术研究

水箱的保温材料基于自主研发发明专利“一种高效保温聚氨酯硬泡沫水箱保温材料”，为了提高其保温性能，优化原材料配方，通过添加新型改性剂、催化剂和其他混合溶剂、助剂等，并且系统地研究了改性剂等的种类和用量对聚氨酯材料保温性能的影响，多次实验及优化，使得该涂料的保温性能比传统普通聚氨酯涂料大幅提高。

2.5 热水系统节能研究

该太阳能光热工程的太阳能热水系统具有节能环保、易于维护、安全方便等特点。传统的热水系统，例如纯电加热、燃煤锅炉、燃气锅炉等，不仅能源消耗大，而且会污染环境等。该系统一年四季都可以长期稳定地工作，在一年大部分时间都可以通过吸收足够的太阳能来提供充足的热水甚至开水，几乎无需任何成本，节能性能优异。

2.6 其他部件设计技术研究

支架采用优质钢材制作，表面经过特殊氧化处理，耐腐蚀性能好，坚固耐用。循环管道采用一种新型环保、节能、高效的PPR聚氨酯发泡保温管，具有优异的保温性能、耐高温、使用寿命长等特点。该PPR保温管外管采用PVC硬管，具有抗冲击、抗压的特点，保证管材在运输、安装和使用过程中免受破坏;中间层是采用优质聚氨酯成型的保温层，保温层紧密黏附内外管并充分填满之间空隙，使管道、外套及保温层三者形成一个牢固的整体，保温效果极佳。经过测试，该PPR聚氨酯保温管热损失仅为传统保温管材的3%。

3 总结

本公司通过该新产品的研发，研究远程终端物联网智能控制系统，实现远程异地操控功能，还可查询调控多种参数，提高其便利性、智能化程度;对传统涂料吸热性能、耐候性能不足等问题进行研究，通过改变其原料组分，加入多种添加剂，提升其吸热及耐候性能;研究新吸热材料对集热管的涂布技术，解决涂层涂膜的耐冲击性、耐弯曲性、耐湿性、耐热性、耐蒸汽性、耐老化性、热挥发性、抗紫外线退化及防腐性、防水性、抗酸堿、施工方便等问题;研究高效保温聚氨酯材料，提高水箱保温性能，减少能源浪费。为公司开发出更独特的产品提供了更有力的科技支撑，增强了产品的核心竞争力，提高企业自身实力。通过该新产品的研发，对企业的发展起到了重要的推动作用。

参 考 文 献

[1]梁志坚，蒙献芳，孟沪生，等.新型高效太阳能热泵热水器技术开发[J].企业科技与发展，2014（6）.

[2]周晓彬.基于模糊神经网络的太阳能热水器控制系统[D].扬州：扬州大学，2014.

[3]姜晓荣.基于GPRS的太阳能热水系统数据采集器研制[D].杭州：杭州电子科技大学，2015.