太阳能装置性能测试系统硬件设计(附件)
按照国家的一些章法的标准的规定，要做出一些能够测试太阳能热水器集热效果的一些硬件装置。而且要做的质量要高，要完善。在这么一个较大的系统中，肯定会有多种作用不同的小系统。试验数据的判定就是由这些系统演变出来的。在对系统进行硬件设计以及检测无误后，便可对软件进行设计，并最终通过软件与硬件部分的结合实现最优的效果。本次测试系统中会采用倒很多模块，比如数据采集模块，温度，压力，风力传感器等；这些模块分工运行，才得以将系统的功能实现。试验系统中由实践到理论数据的应用算式将会一一介绍清楚。 并根据系统所测量的各种试验数据。最后给出测试系统的数据采集模块、管道循环结构。并最终与软件系统相结合实现最初的设计目的。关键词 太阳能装置，性能测试，信息录入装置
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 发展趋势 2
1.3 研究意义 2
2 设计思路和工作原理 2
2.1 设计思路 2
2.2 工作原理 3
3 太阳能装置性能测试系统硬件设计 4
3.1 温度控制子系统 4
3.2 流量控制子系统 4
3.3 数据采集和电气控制子系统 5
4 PID控制算法及各模块 5
4.1 PID控制算法 6
4.1.1 PID的数学模型 6
4.1.2 PID算法的数字离散化 6
4.2 固态继电器模块 8
4.3 STM32F103模块 11
4.4 传感器模块 13
4.4.1 温度传感器模块 13
4.4.2 压力传感器模块 14
4.4.3 风速传感器模块 14
5 各种参数的测量及控制 15
5.1 数据采集 16
5.2 温度的测量 16
5.3 太阳辐照度的测量 17
5.4 风速的测量 17
5.5 流量的测量 18
6 系统测试 18
6.1 日有用得热量的试验数据 18
6.2 平 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
均热损因数的试验数据 20
6.3 能效系数的试验数据 21
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 研究背景
能源一词已在人们的脑海中慢慢地浮现出来，从个人再到社会国家，能源起了很大的作用不管是国家的经济效益，还有对人们生活的方方面面有很大的影响。
以前，在人们的认知里，社会必须要步入工业化。只有这样才会拉动经济的增长。虽说整个社会的GDP提高了，然而社会自然环境变差了。工业上会用到煤炭、石油，不仅环境变差，而且它们都是不可再生资源。所以，就有了太阳能这样的新型能源。太阳能来自于太阳的光照，相当于取之不尽，用之不竭的。并且它很廉价，家家户户都能用上。随着技术的改进，光热转换效率提高了不少，太阳能的普遍也使得生产出来的产品成本变少。
然而，想要把太阳能用到尽善尽美。所以就要研发出试验测试系统来改善太阳能的使用率，对太阳能光能、热能利用程度最大化。
日本、美国，像它们发达国家，早已在上世纪80年代就为太阳能热水器拟定了相关标准。后期，太阳能热水器的市场在我国打开，我国以前者的标准为基础。1984年国家标准局出台了《平板型太阳集热器热性能试验方法》，其中有写道太阳能集热器的瞬时效率、稳态效率、时间常数这些热性能参数。
对于太阳能热水的外观、防爆、防腐，没必要用到专业的测量设备；但对于太阳能热水器的热性能，那肯定用到专业的设备和专业的控制计算方法来测试。在所有试验中，太阳能热水器的热性能测试已成为一大难题，很复杂。因为，热水器的热效应系数直接影响了太阳能热水器的能效等级评判。
为了能够测试太阳能热水器的热效应，近几十年来，很多专家、学者为此建立了许多动态计算模型以及独辟蹊径的方法。我们可以想一想，作为一个动态模型是很难以规范在你的控制范围之内的。所以，建立稳态测试模型是最常用的方法。动态测试和稳态测试是相对独立的，有人会用稳态测试出来的结论来估计动态测试的结果，这样做会存在很大的误差，所以它们是相对独立的。
目前，单晶硅、多晶硅和非晶态硅这三种是太阳能热水器电池的主要组成部分。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达到20%以上，但其价格昂贵。非晶态硅太阳能电池变换效率最低，但是其价格也是最便宜的，也是今后最有希望用于一般发电的。
中国已相继试用了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，经太阳示范工程等来鼓励光伏发电产业发展的政策，2020年光伏发电目标从原来的1.6GW提高到现在的20GW，可以看出一系列的政策支持和国家的长远规划让光伏发电产业之路更加宽广，中国光伏发展呈现飞速发展的趋势。
1.2 发展趋势
有人说，将来空气源热泵热水器是热水器的发展趋势；还有人说，即非热式电热水器是趋势。都可以说成为趋势，现在即热式器虽说即开即热、方便灵巧、安全环保，但价格却贵的离谱。
如果可以，国内将会出现生产测试太阳能热水器装置的企业；或者是能够在PC端，做出测试热性能的仿真。那么，太阳能热水器的市场会出现连带效应。比如说：有一个人进了一批太阳能热水器，但这个人注重自己品牌的质量，他就顺带进购来了测试并能有效地提高太阳能热水器热性能的装置。当然，他还将此产品与热水器配合连接好了，那么从他这买的热水器的热水会出的很快，而且热效率变高。大家都肯定能想到将来他的事业的前景是一片光明。
1.3 研究意义
太阳能作为一种低能耗、高效的能源，已经成为人们生活中必不可少的新能源，近年来，随着传统能源的使用的减少，家家户户已经用上了太阳能热水器。热水器的光热转换原件为真空集热管，太阳能热水器质量的优劣由光热转换时的转换效率决定的。所以，必然会促使针对此问题的研发，尤其是对集热效率的提高。
这次太阳能硬件系统设计的研究会使得热水器的质量会更高，集热效率会更好；这样热水器的使用会更加广泛，出现的问题将会减少。
2 设计思路和工作原理
2.1 设计思路
在系统测试过程中会用到不同的试验设备，所以要求也不一样了，根据不同的标准来设计这次的太阳能装置性能测试系统的硬件设计，特别要注意的是各设备之间的连接路线以及管道循环。最后在整个配置系统的构造中，有两个环路作为该系统的主要设计环节：供水环路和混水环路。太阳能装置性能测试系统的硬件设计的结构图如图21所示。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 发展趋势 2
1.3 研究意义 2
2 设计思路和工作原理 2
2.1 设计思路 2
2.2 工作原理 3
3 太阳能装置性能测试系统硬件设计 4
3.1 温度控制子系统 4
3.2 流量控制子系统 4
3.3 数据采集和电气控制子系统 5
4 PID控制算法及各模块 5
4.1 PID控制算法 6
4.1.1 PID的数学模型 6
4.1.2 PID算法的数字离散化 6
4.2 固态继电器模块 8
4.3 STM32F103模块 11
4.4 传感器模块 13
4.4.1 温度传感器模块 13
4.4.2 压力传感器模块 14
4.4.3 风速传感器模块 14
5 各种参数的测量及控制 15
5.1 数据采集 16
5.2 温度的测量 16
5.3 太阳辐照度的测量 17
5.4 风速的测量 17
5.5 流量的测量 18
6 系统测试 18
6.1 日有用得热量的试验数据 18
6.2 平 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
均热损因数的试验数据 20
6.3 能效系数的试验数据 21
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 研究背景
能源一词已在人们的脑海中慢慢地浮现出来，从个人再到社会国家，能源起了很大的作用不管是国家的经济效益，还有对人们生活的方方面面有很大的影响。
以前，在人们的认知里，社会必须要步入工业化。只有这样才会拉动经济的增长。虽说整个社会的GDP提高了，然而社会自然环境变差了。工业上会用到煤炭、石油，不仅环境变差，而且它们都是不可再生资源。所以，就有了太阳能这样的新型能源。太阳能来自于太阳的光照，相当于取之不尽，用之不竭的。并且它很廉价，家家户户都能用上。随着技术的改进，光热转换效率提高了不少，太阳能的普遍也使得生产出来的产品成本变少。
然而，想要把太阳能用到尽善尽美。所以就要研发出试验测试系统来改善太阳能的使用率，对太阳能光能、热能利用程度最大化。
日本、美国，像它们发达国家，早已在上世纪80年代就为太阳能热水器拟定了相关标准。后期，太阳能热水器的市场在我国打开，我国以前者的标准为基础。1984年国家标准局出台了《平板型太阳集热器热性能试验方法》，其中有写道太阳能集热器的瞬时效率、稳态效率、时间常数这些热性能参数。
对于太阳能热水的外观、防爆、防腐，没必要用到专业的测量设备；但对于太阳能热水器的热性能，那肯定用到专业的设备和专业的控制计算方法来测试。在所有试验中，太阳能热水器的热性能测试已成为一大难题，很复杂。因为，热水器的热效应系数直接影响了太阳能热水器的能效等级评判。
为了能够测试太阳能热水器的热效应，近几十年来，很多专家、学者为此建立了许多动态计算模型以及独辟蹊径的方法。我们可以想一想，作为一个动态模型是很难以规范在你的控制范围之内的。所以，建立稳态测试模型是最常用的方法。动态测试和稳态测试是相对独立的，有人会用稳态测试出来的结论来估计动态测试的结果，这样做会存在很大的误差，所以它们是相对独立的。
目前，单晶硅、多晶硅和非晶态硅这三种是太阳能热水器电池的主要组成部分。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达到20%以上，但其价格昂贵。非晶态硅太阳能电池变换效率最低，但是其价格也是最便宜的，也是今后最有希望用于一般发电的。
中国已相继试用了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，经太阳示范工程等来鼓励光伏发电产业发展的政策，2020年光伏发电目标从原来的1.6GW提高到现在的20GW，可以看出一系列的政策支持和国家的长远规划让光伏发电产业之路更加宽广，中国光伏发展呈现飞速发展的趋势。
1.2 发展趋势
有人说，将来空气源热泵热水器是热水器的发展趋势；还有人说，即非热式电热水器是趋势。都可以说成为趋势，现在即热式器虽说即开即热、方便灵巧、安全环保，但价格却贵的离谱。
如果可以，国内将会出现生产测试太阳能热水器装置的企业；或者是能够在PC端，做出测试热性能的仿真。那么，太阳能热水器的市场会出现连带效应。比如说：有一个人进了一批太阳能热水器，但这个人注重自己品牌的质量，他就顺带进购来了测试并能有效地提高太阳能热水器热性能的装置。当然，他还将此产品与热水器配合连接好了，那么从他这买的热水器的热水会出的很快，而且热效率变高。大家都肯定能想到将来他的事业的前景是一片光明。
1.3 研究意义
太阳能作为一种低能耗、高效的能源，已经成为人们生活中必不可少的新能源，近年来，随着传统能源的使用的减少，家家户户已经用上了太阳能热水器。热水器的光热转换原件为真空集热管，太阳能热水器质量的优劣由光热转换时的转换效率决定的。所以，必然会促使针对此问题的研发，尤其是对集热效率的提高。
这次太阳能硬件系统设计的研究会使得热水器的质量会更高，集热效率会更好；这样热水器的使用会更加广泛，出现的问题将会减少。
2 设计思路和工作原理
2.1 设计思路
在系统测试过程中会用到不同的试验设备，所以要求也不一样了，根据不同的标准来设计这次的太阳能装置性能测试系统的硬件设计，特别要注意的是各设备之间的连接路线以及管道循环。最后在整个配置系统的构造中，有两个环路作为该系统的主要设计环节：供水环路和混水环路。太阳能装置性能测试系统的硬件设计的结构图如图21所示。
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