我國太陽能熱水器產業發展迅速，目前已成為世界上最大的太陽能熱水器生產國，但與太陽能熱水器配套的控制器卻一直處于研究和開發階段。

    以前有太陽能市場以家用式陽能為主，控制器適用于對水溫和季節要求不高的用戶。雖然多數廠家生產的控制器能夠滿足日常需要，但都不是智能的，給用戶使用帶來許多不便。而大部分太陽能系統工程的控制系統，往往使用單片機，結果是電路設計復雜、繁瑣，故障時有發生，給使用和日常維護帶來了很大的不方便。

    采用PLC控制是近幾年才出現的，PLC具有編程簡單方便，可現場修改程序，硬件維護簡單，可靠性高的特點。

    匯普熱能是工程控制器做的比較好的幾個廠家之一，產品已經面向全國，推向世界，目前基本上華東地區都在采用匯普熱能的控制系統。

    太陽能熱水工程系統的熱水由太陽能和蒸汽加熱聯合提供，確保所需熱水的供應。熱水工程系統應體現優先和充分利用太陽能熱源加熱，當太陽能不足時由蒸汽熱源輔助加熱。系統所需熱水溫度為60℃，供熱水系統工作壓力為0.35MPa。

太陽能熱水系統介紹

    太陽能集熱管選用全玻璃真空管式太陽能集熱器。選用全玻璃真空管式太陽能集熱器，集熱面積1950m2的要求。

    太陽能集熱器要水平放置；太陽能集熱器的管間距確保在春夏秋三季正午時，相鄰的真空管之間不發生遮光。

    太陽能集熱器水平放置在屋面的太陽能支架上。為便于維護與檢修以及其他設備的放置等，太陽能集熱器支架高出屋面2米。

    太陽能熱水系統要設計為太陽能與現有鍋爐輔助加熱運行方式。

    控制系統設計要點

    控制系統采用工業級可編程控制器,可實現無人值守全自動運行,并達到優先和充分利用太陽能基礎上,根據用戶用熱水需求,保證用戶熱水需要的效果。

    基于PLC裝置的控制系統

    計算機系統由五大部分-即控制單元（CU）、算術運算單元（ALU）、存儲器（Memory）、輸入設備（Input）、輸出設備（Output）組成。

    隨著集成度的提高，CU和ALU合在一塊就組成了中央處理單元（CPU）,接著將CPU集成到單塊集成電路中就產生MPU或MCU。

    MPU往高性能、高速度、大容量方向發展，形成PLC。

    MPU往多功能方向發展，形成單片機。

    基于PLC裝置的控制系統

    對單項工程或重復數極少的項目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，但成本較高。

    不同的PLC都遵循相同的工作原理，類似的功能和性能指標，因此具有一定的互換性，質量有保證，編程軟件具有標準化方向，這正是PLC獲得廣泛應用的基礎。

    對于量大的配套項目，采用單片機系統嵌入PLC的功能，可大大簡化單片機系統的研制時間，性能和效益較PLC控制好。

    控制難點

    原設計是采用閉式循環換熱，如采用全玻璃真空管太陽能集熱器，加熱方式宜采用開式溫差循環方式。

    根據GB/T17581—1998《真空管太陽集熱器》6.3.2集熱器試驗條件：試驗壓力：1.5×工作壓力，非承壓式集熱器為0.02MPa。因此全玻璃真空管太陽能集熱器只適用于非承壓循環系統，經太陽能專家、相關技術人員及設計院的論證，認為該熱水系統應設計為非承壓的開式循環加熱系統。

    集熱器的面積過大（541組SPQBJ-56),為保證循環充分，宜將集熱器分組循環，按布置分為5個區域，變頻水泵區域循環。

    運行原理

    具體運行原理如下:

    1、太陽能系統：.當某一分區的太陽能集熱器水溫高于循環水箱水溫設定值10℃時，控制器使這一分區的電動調節閥開啟，管道壓力下降，壓力變送器控制溫差循環泵中的變頻水泵啟動.

    當第二分區的集熱器水溫高于循環水箱設定值10℃時，控制器控制這一分區的電動調節閥開啟，循環主管的壓力繼續下降，壓力變送器繼續將溫差循環泵的頻率調節到滿足恒定水壓的狀態。以此類推，依次開啟的分區電動閥將使水泵達到工頻運轉，這時，原來運行的水泵轉為工頻運轉，第二臺啟動的水泵進入變頻運轉，循環加熱的水會源源不斷地進入循環水箱，如此不斷,使循環水箱水溫不斷升高。當集熱器溫度與循環水箱溫度相差不足10℃時，循環水泵停止。

    換熱系統運行

    當儲熱水箱水溫低于循環水箱設定值10℃時，控制器啟動換熱水泵)中的一臺啟動,同時啟動溫差循環泵中的一臺進入變頻運轉,當儲熱水箱中的水溫大于62℃時,換熱水泵停止運行。

    防凍措施

    （1）防凍控制:系統采用循環防凍加應急排空防凍模式。

    （2）管路防凍循環:當室外溫度低于5℃,循環泵自動啟動,當室外溫度大于等于8℃時,循環泵自動停止；

    （3）集熱器應急排空：當冬季夜間溫度極低狀態，循環防凍無法保證時，可打開泄水閥門，將室外管路中的水放空,達到防凍的目的。

保證系統運行的幾項措施

    系統須增加集分水器1組、電動調節閥5組、同時增加太陽能循環水泵的變頻控制，增加開式熱水循環水箱。

    集、分水器的作用是為了平衡由于集熱器的分區布置造成的管路內壓力不均衡。

    由于集熱器的分區造成了管路長短不一，為保證各區的水流量均衡，因此增加電動閥門可以調節各區的水流量。

    由于集熱器分區布置，區與區之間的相距位置較遠，相距較遠區域間的集熱器可能會產生溫差，溫差會影響水泵的啟停，因此將水泵改變為變頻控制，可以與電動閥聯合實現分區供水，最大利用太陽能。

    作為開式系統，循環水箱是必不可少的，同時也可以通過循環水箱的液位高度差控制系統補水。

    控制系統的功能

    控制器分為主控制器和副控制器，帶有觸摸屏的立式柜為主控制器，壁掛式控制器為副控制器。

    主控制器的主要功能：

    溫差循環功能、防凍循環功能、循環水箱防凍功能、循環水箱上水功能、生產水箱定溫進水功能、生產水箱定溫補水功能、生產水箱與循環水箱溫差循環功能、生產水箱自動上水功能、生產水箱定時上水功能、生產水箱定時間段輔助加熱功能、生活水箱定溫進水功能、生活水箱定溫補水功能、生活水箱與循環水箱溫差循環功能、生活水箱自動上水功能、生活水箱定時上水功能、生活水箱定時間段輔助加熱功能、報警功能、高溫保護功能、低水位保護功能、水位保護功能、通信中斷報警功能、自動鎖機功能。

    副控制器的功能

    副控制器的主要功能：采集溫度集熱器溫度、水箱溫度、室外溫度、換熱器溫度和控制輸出電動閥、電磁閥、循環水泵、換熱水泵和輔助能源。

    經驗與提高

    匯普熱能PLC工程控制器

    主要用于大型聯集管式太陽能熱水工程

    優點：控制輸入輸出點位多，功能齊全，控制界面直觀、易懂，可實現遠程監控。

    提高：降低造價成本，增加自動計量功能，增加推薦參數的設定，增加季節固定模式運行模式。

        太陽能熱水系統說明

    太陽能熱水系統采用集中集熱-分戶供熱系統。

系統由熱管型集熱器，循環落水水箱，戶用貯熱水箱（帶輔助電加熱器），循環管道，循環泵組，控制儀表等設備組成。

    計量方式：

    集中集熱-分戶供熱系統，充分考慮了房地產行業存在的收費難問題，用戶使用的水、電均通過自家的水表、電表計量，太陽能系統只提供熱量，而這種熱量來源于太陽這種免費的清潔能源，因此不會產生收費糾紛。

    控制原理說明

    控制系統控制點：

    T1-集熱器出口溫度；T2-循環落水水箱溫度；T3-換熱循環管段末端溫度；

    太陽能加熱循環采用溫差強制循環的運行方式。

    用戶系統換熱循環采用定溫啟動、溫差停止水泵的循環方式。

    低溫防凍循環：自動檢測屋面室外換熱循環管段末端溫度，當低于設定防凍溫度時，換熱水泵啟動循環防凍。

    太陽能加熱系統采用落水防凍，不需要啟動低溫防凍循環。

       太陽能熱水系統計量監測

    設備的選擇均參考《可再生能源建筑應用示范項目數據檢測技術導則》為依據。

    計量監測系統包括數據監測系統的建設、數據采集、數據傳輸等部分。

    測試目的1：

    由于太陽輻射和環境溫度等系統工作驅動力在一日內不斷變化，故系統工況始終處于非穩定狀態，集熱器在一天內運行工況由較低溫度逐步向高溫工況轉變，其瞬時效率曲線是不斷變化著的。集熱器是太陽能熱水系統的主要部件，太陽能熱水系統集熱性能可以用集熱器瞬時效率來評價。

    測試目的2：

    本系統通過間接換熱的方式，將上循環的熱水與用戶水箱的冷水進行換熱，已達到用戶用水溫度要求，用戶水箱的溫度隨著集熱水箱溫度的變化而變化，而集熱水箱的溫度變化取決于太陽輻射強度。太陽能熱水系統供熱性能可以用戶用水日平均保證率來衡量。

    測試目的3：

    平均熱損失系數在此定義為在系統停止運行一定時間內，單位時間、單位采光面積、太陽能落水水箱溫度與環境測試之間溫度的平均熱量損失。通過熱損失系數的測定可以確定太陽能熱水系統導熱特點。

    測試目的4：

    對于太陽能熱水系統，由于管路較長，保溫性能不是很理想，如果循環停止，熱水停留在管路中，當外界環境溫度低于管路中熱水的溫度時，熱水通過管路對外散熱降溫，使其低于水箱中的貯水溫度，因此，熱水在

測試目的5：

    考察不同樓層間是否存在水力失調情況，并用EQH系統熱力平衡系數考察高層與低層是否存在熱力失調情況。

    測試系統可能存在的誤差

    （1）電網和靜電干擾

    （2）儀器設備誤差

    （3）人為誤差

    實際操作時遇到的問題

    （1）用戶入住后破壞了衛生間內的測量設備，使得數據中斷；

    （2）依據系統的設計預先選用的測試儀器并不太合適；

    （3）對用戶入住率考慮不全；

    （4）系統本身的特殊性，無法設立用戶水箱混水裝置且未能在不破壞水箱結構的前提下對用戶水箱的溫度分層情況進行監測。

    測試結果

    監測結果表明通常情況下系統的集熱效率可以維持在30%以上，太陽能保證率多在40%以上，太陽能保證率甚至可以超過70%，這對于節能是非常可觀的。系統調試運行階段的運行效果（太陽能保證率、用戶熱力平衡性等）要好于實際運行階段，這是因為調試運行階段入住的用戶較少，系統運行工況與理論設計條件比較接近，而隨著用戶的陸續入住，系統的運行工況與理論設計條件的偏差加大，使得系統的實際性能要低于理論設計。

    測試系統設計階段的構想與測試實際情況差別很大，而用戶的用水習慣對測試儀器的運行有很大的影響。在測試階段，由于用戶的配合及檢修不易等種種原因，無法對儀器經常進行檢修與維護，導致相當一部分測試數據無效。

    太陽能熱水系統監測、計量系統的實際意義

    目前，太陽能熱水器在建筑中已經得到了較大規模的應用，取得了良好的節能效益，太陽能熱水系統與建筑一體化是當前太陽能熱利用研究與推廣的一個熱點。另一方面，太陽能熱水系統在建筑中規模化應用雖在逐漸增加，但是對系統長期運行性能的測試與評價依然較少。由于系統的實際運行性能與理論設計情況之間難免會有偏差，這就需要對太陽能熱水系統的長期運行性能進行測試，了解系統的實際運行特點，為熱水系統的性能改進提供參考意見，提高其實際運行效果，同時，也為太陽能系統邁向能源管理方向提供依據。

管路中的停留時間以及熱水停止循環次數直接影響到系統的的熱量。