遠程實時智能控制太陽能高效光熱工程的相關技術研究

馬昭鍵 方鳳才 蒙獻芳

【摘 要】文章介紹了廣西吉寬太陽能設備有限公司研發遠程實時智能控制太陽能高效光熱工程的相關技術，依托公司高新技術企業實力，集成多項先進技術，研制互聯網+Wi-Fi遠程實時智能控制太陽能高效光熱工程產品。

【關鍵詞】智能控制;太陽能;工程

0 引言

開發新清潔能源太陽能對中國緩解現今對煤炭、石油等不可再生能源的依賴具有較大的緊迫性。21世紀，環保節能是全世界都在關注的大問題，并且地球上的能源有限，過度地開發已經讓不少國家產生能源危機，而尋求新能源是當下迫在眉睫的事情。太陽能作為清潔能源，可開發的價值不斷擴大，已經引起世界的關注。然而在整體經濟大環境不景氣的條件下，有關鼓勵政策推陳出新，市場也發生了變化，消費者需求呈多樣化趨勢，不少中小太陽能熱利用企業由于沒能做好轉型升級工作，對行業發展趨勢缺乏清晰認識，出現了發展增速減緩或者下滑現象。本公司研究開發利用高效太陽能，通過科技創新，加大技術投入，突破傳統吸熱涂料技術瓶頸，提高其太陽光吸收率，具有較大的緊迫性。

1 市場需求

目前，我國太陽能光熱利用主要集中在采暖、熱水方面，在工業領域的發展較為緩慢，而歐美發達國家恰恰是工業領域的應用占比最高。而值得注意的是，太陽能熱利用企業在深耕國內市場的同時，更多關注“一帶一路”沿線等海外市場。目前，包括印度、斯里蘭卡及非洲等發展中國家的工業熱利用競爭并不非常激烈，且當地工業發展緩慢的主要障礙就是能源問題，熱水價格也非常高，這對于太陽能熱利用企業來說都是非常大的商機。政府也明確給予了發展意見：依托國家能源外交，在雙邊和多邊政府合作框架下，結合“一帶一路”中巴經濟走廊、孟中印緬經濟走廊、中亞、中阿能源合作等雙邊或多邊能源政府合作機制，持續加強太陽能光伏發電、熱利用產業國際市場規劃合作，引導重大國際項目開發建設，形成國際化市場發展。廣西太陽能光熱行業小微企業較多，產品質量參差不齊，市場占有率較低。從整體來看，行業同質化嚴重，技術創新少，市場競爭無序，個別企業廉價傾銷，這都導致了廣西太陽能光熱行業市場低迷的現狀。圍繞“物聯、互聯、智聯”，互聯網思維下企業的創新升級方向將是太陽能發展的大勢所趨，是傳統轉型升級的新方向。本公司研究的產品正是運用互聯網思維，通過科技創新，采用了傳感測量技術、Wi-Fi無線網絡技術、物聯網云計算技術和移動終端應用技術達到對太陽能熱水工程系統的控制參數、得熱量、狀態進行遠程監控目的，實現節約、舒適、高效可靠的用水、用電、用能、用熱。

2 研究內容

自主研究開發一款“互聯網+遠程智能控制太陽能光熱利用工程系統”，該系統主要由太陽能集熱器、循環水箱、儲熱水箱、循環管道、“互聯網+智能控制系統”、支架等組合而成。采用自主研發發明專利技術“一種耐候性高的太陽能吸熱涂料”，集熱器太陽能吸收效率高，耐候性能高;采用物聯網的智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，即“互聯網+物聯網遠程終端智能操控技術”，集多個數據功能模塊為一體，具備遠程智能操控、可自由查詢多種參數、故障診斷分析等功能，便利性好，智能化程度高。它可廣泛應用于居民社區、醫院、學校、酒店、旅游風景區、科技園區、工業廠區等眾多領域。

2.1 太陽能光熱利用工程系統設計技術研究

該太陽能系統是由太陽能集熱器、循環水箱、儲熱水箱、循環管道、支架、遠程實時智能控制系統、水泵、過濾器等設備和附件組合而成的。集熱器采用工程聯箱和真空管組合形式，采用左右串聯，前后并聯排列設計模式，結構整齊，空間得到合理利用。

該太陽能光熱利用工程系統是利用太陽能集熱器吸熱涂層吸收太陽熱量，通過光熱轉化，光能轉化為熱能，從而使水溫升高，智能控制系統通過自動控制循環泵和電磁閥等功能部件的運行，可實現水在集熱器、管道、循環水箱之間的循環流動，有利于均衡水溫。通過水溫水位傳感器，當熱水到達設定溫度后，該智能控制系統可以對水泵、電磁閥等進行智能調控，循環水箱里面的水會自動進入儲熱水箱儲存，供客戶使用。

2.2 遠程終端互聯網+無線網、物聯網智能操控技術研究

采用模塊一體化設計，由遠程終端控制模塊、無線數據傳輸模塊、信息通信模塊、故障診斷模塊等模塊組成，利用物聯網云技術可以實現聯網通信、數據傳輸與接收、實時監控、系統定位、故障診斷維修、系統定位、智能化識別等綜合管理功能。還可以在手機或電腦上安裝遠程監控終端，管理者在異地聯網就可以遠程查詢該系統的水溫、水位、壓力、水流量等精確參數，同時實現操控自動上水、調節水溫、啟動電加熱等功能，特別是當發生故障時，有報警信號提示，可查看出故障所在位置，通過在終端上調控或呼喚人工就可以實現及時有效的維修。相比傳統的熱水工程控制系統，它解決了在工業控制上的遠程控制問題，實現了工業控制物聯網的功能，便利性好，智能化程度高。

2.3 高效吸熱耐候涂料技術研究

自主研發的涂料已申報國家發明專利“一種耐候性高的太陽能吸熱涂料”，由以下重量分配比的原料制成：丙烯酸樹脂28～32份，氟碳樹脂10～20份，聚酯樹脂6～8份，氯化石蠟8～10份，三氧化二鐵3～5份，炭黑4～6份，納米氮化鈦4～6份，二氧化錳3～5份，乙醇10～20份，固態硅酸鈉黏結劑2～4份，環烷酸錳液5～8份，環烷酸鈷液2～4份，丁二酸二甲酯5～10份，戊二酸二甲酯8～12份，去離子水10～20份。通過添加新型成膜劑、納米氮化鈦吸收劑、固態硅酸鈉黏結劑、環烷酸錳液溶劑等材料，使研究出來的涂料極大地克服了傳統吸熱涂料的不足，尤其是吸熱效率不高、耐熱性較差等缺陷。該涂料設計采用枝體苯環網狀晶體結構，在太陽光的照射下，光子能夠在內部不斷地重復反射，這種特殊的不規則的構造使得涂料可以更加高效地獲取和吸收太陽光的能量，它吸收太陽光子的效率可達96%（傳統的普通涂料一般只有80%左右），吸熱性能好，光熱轉化效率極高。同時，這種新型涂料的化學穩定性好、耐老化性強、耐熱性高、耐候性強，相比普通的涂料，該吸熱涂料不會在長期的紫外線高溫照射下，發生化學元素易分解現象，從而導致吸熱性能下降等情況。

2.4 聚氨酯材料保溫技術研究

水箱的保溫材料基于自主研發發明專利“一種高效保溫聚氨酯硬泡沫水箱保溫材料”，為了提高其保溫性能，優化原材料配方，通過添加新型改性劑、催化劑和其他混合溶劑、助劑等，并且系統地研究了改性劑等的種類和用量對聚氨酯材料保溫性能的影響，多次實驗及優化，使得該涂料的保溫性能比傳統普通聚氨酯涂料大幅提高。

2.5 熱水系統節能研究

該太陽能光熱工程的太陽能熱水系統具有節能環保、易于維護、安全方便等特點。傳統的熱水系統，例如純電加熱、燃煤鍋爐、燃氣鍋爐等，不僅能源消耗大，而且會污染環境等。該系統一年四季都可以長期穩定地工作，在一年大部分時間都可以通過吸收足夠的太陽能來提供充足的熱水甚至開水，幾乎無需任何成本，節能性能優異。

2.6 其他部件設計技術研究

支架采用優質鋼材制作，表面經過特殊氧化處理，耐腐蝕性能好，堅固耐用。循環管道采用一種新型環保、節能、高效的PPR聚氨酯發泡保溫管，具有優異的保溫性能、耐高溫、使用壽命長等特點。該PPR保溫管外管采用PVC硬管，具有抗沖擊、抗壓的特點，保證管材在運輸、安裝和使用過程中免受破壞;中間層是采用優質聚氨酯成型的保溫層，保溫層緊密黏附內外管并充分填滿之間空隙，使管道、外套及保溫層三者形成一個牢固的整體，保溫效果極佳。經過測試，該PPR聚氨酯保溫管熱損失僅為傳統保溫管材的3%。

3 總結

本公司通過該新產品的研發，研究遠程終端物聯網智能控制系統，實現遠程異地操控功能，還可查詢調控多種參數，提高其便利性、智能化程度;對傳統涂料吸熱性能、耐候性能不足等問題進行研究，通過改變其原料組分，加入多種添加劑，提升其吸熱及耐候性能;研究新吸熱材料對集熱管的涂布技術，解決涂層涂膜的耐沖擊性、耐彎曲性、耐濕性、耐熱性、耐蒸汽性、耐老化性、熱揮發性、抗紫外線退化及防腐性、防水性、抗酸堿、施工方便等問題;研究高效保溫聚氨酯材料，提高水箱保溫性能，減少能源浪費。為公司開發出更獨特的產品提供了更有力的科技支撐，增強了產品的核心競爭力，提高企業自身實力。通過該新產品的研發，對企業的發展起到了重要的推動作用。

參 考 文 獻

[1]梁志堅，蒙獻芳，孟滬生，等.新型高效太陽能熱泵熱水器技術開發[J].企業科技與發展，2014（6）.

[2]周曉彬.基于模糊神經網絡的太陽能熱水器控制系統[D].揚州：揚州大學，2014.

[3]姜曉榮.基于GPRS的太陽能熱水系統數據采集器研制[D].杭州：杭州電子科技大學，2015.