便携式太阳能供电供暖装置的设计*

随着“碳达峰、碳中和”战略，我国太阳能供热采暖技术已在开发试点、系统规模、技术方法进行了实践与探索。西藏、北京等地的太阳能供热采暖示范工程以村镇分布式太阳能供热为特色，取得了一定的节能效益，但存在冬、夏季采暖集热不平衡、供暖系统保证率低^[3]、恒温控制难度高的问题，为改善该情况，提高太阳能供暖技术的稳定性能，常需要搭配辅助能源互补供热系统，便携式太阳能供暖及供电系统的开发是基于实际生活开发，以改善可迁移式小型住所供暖及供电条件为目标，开发搭建出一套包含集热、蓄热、传热和补偿热量的太阳能供暖及供电便携式装置，满足可拆装性强、便携迁移、供热效果良好等应用要求。

1   总体设计

太阳能供暖系统是由集热器、蓄热器、传热设备、辅助加热装置和控制系统组成，水以其良好热传导和经济性配为传热媒介，考虑到本课题对便携式的核心要求，各环节设计过程中要充分满足良好的可拆装性和高效的热转换性。

总体设计如图1 所示。

2   技术路线

基于上述理论，本节将围绕集热器面积、蓄热器水箱体积及辅助加热功率进行测算，从而验证本项目的实际可行性。

根据《太阳能供热采暖应用技术手册》[4] 的规定，直接式太阳能集热器面积公式如1 所示，具体参数见表1。

（2）蓄热器水箱的计算

选择水作为储热的介质，主要利用其显热值储热。水箱的储热量为非供暖季太阳能集热器集得的有效能，储热量计算公式^[4]如2 所示。

式中， I_s是非供暖季太阳能辐射量为3923.1 MJ / m2 ，太阳能的集热效率ηcd 按50%，管道及储热水箱散热损失η₁ ，计算得储热水箱所需储热量为Q_w 为367.8 MJ，通过综合考虑预留空间和热损失，取水箱为1 L。

（3）辅助电加热器功率的计算^[4]

Q_d是每日所需热水负荷，取50 w ， ηa为辅助加热设备的热效率取95%，T 为辅助热源的每日加热时间，取21 小时，计算得出需要辅助电加热器的功率近似为80 w，因此配置太阳能光伏板。同时，为考虑蓄能的持续性，还配有50 AH 蓄电池，容量合适且能耗低，在实际过程中还可进一步提高供热效率，降低相应参数，满足便携式太阳能供暖及供电的总要求。

3   硬件设计

本设计硬件部分包括太阳能光伏板、太阳能集热器、旋转平台、电加热器、水箱、控制阀、蓄电池、伸缩杆、传热板等，控制系统的硬件部分主要采用AT89C51 单片机、PCF8591 模块、W172DIP-37 模块和LCD12864A 显示模块等。

外观设计图如图2 所示。

图2 外观设计

4   软件仿真

本设计软件部分主要包括温度的检测、加热器的启停、蓄电池的实时电压电流测量、LED 显示等。具体控制流程如图3 所示。

通过在Proteus 软件上进行仿真设计，选择能够实现当检测水温为35 ℃时，启动加热电磁阀，且采集实时电压并在LCD12864A 显示屏上显示，如图4 所示。

图4 软件仿真设计

5   结论

本设计以改善可迁移式小型住所供暖及供电条件为目标，通过容量计算、硬件设计与软件仿真，验证了便携式太阳能供暖及供电系统的可行性，该系统满足可拆装性强、便携迁移、供热效果良好等应用要求，为临时性住所的节能减排和能源转换，提供理论依据。

参考文献：

[1] 王磊,程建国,许志浩,等.西藏太阳能与水源热泵联合供暖系统优化[J].暖通空调,2007(11):90-94.

[2] 徐俊芳,李越铭,王皆腾,赵耀华.太阳能集中供热水系统运行的经济性分析[J].建筑技术,2015,46(11):983-986.

[3] 郑瑞澄,民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].北京:化学工业出版社,2011.

（本文来源于《电子产品是》杂志2022年5月期）