太阳能及新能源设计要点Word文档下载推荐.docx

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普通管管口大约有2.5厘米的长度因高温封口技术造成的膜层脱落；

三高管管口大约只有1厘米的长度因高温封口技术造成的膜层脱落。

1.3紫金管

紫金管与三高管的区别不大，在效率上紫金管是略大于三高管，在使用效果上几乎无区别，在市场差异性定价和产品多样化的情况下，一般紫金管卖出的价格比三高管要更高。

三高管与紫金管的判别：

紫金管颜色呈暗金色或暗黑色。

1.4北方地区推荐使用三高管的原因

创意博所产的普通管、三高管是同一个价格，肯定选用三高管。

三高管和普通管在家装机上的应用区别在冬季比较明显，一般同等条件下，三高管家装机水温比普通管高出2-3℃。

在工程应用上，没有对比实验可以参考，暂时不能提供数据，预计会高出1-2℃，但三高管在使用寿命和衰减度上，肯定优于普通管。

二、平板集热器

平板集热器构造非常简单，主要由钢化玻璃盖板、铝合金框架、吸热膜层、金属管流道、保温层及背板组成。

平板集热器产品的区别主要就在于吸热膜层的材料和金属管流道。

吸热膜层主要有黑铬、蓝膜、阳极氧化等，价格上当属进口蓝膜最贵，使用效果上蓝膜优于阳极氧化优于黑铬，但总体在吸热性能上差别不大。

主要的差别在于衰减性上，黑铬涂层的衰减最大，吸热效率3-5年就能降到80%以下；

目前的国产蓝膜也较差，吸热效率很难达到92%，发射率更是居高不下。

德国进口蓝膜吸收率在92-94%，发射率约5%，衰减率不清楚，但整体性能上明显略于三靶真空管。

平板集热器的金属流道选择上，有全铜、全铝、铜铝复合等，流道从Φ8-Φ22不等，价格区别上也较大。

平板集热器与真空管集热器的比较：

1、平板集热器最主要的优势在于安全性、稳定性好。

由于钢化玻璃的保护，使得平板表面能抗冰雹等外力打击；

即使破损，金属流道密封，也不会造成屋面跑水的情景。

这方面，是真空管最大的弱点，易碎、易炸管，还会造成屋面跑水等现象。

2、平板集热器是一体化结构，外观好。

真空管不能单独使用，需要配合水箱或联箱组合使用，部件多而分散，不能整体运输，不能作为建筑整体部件；

平板集热器是一体化构件，应用于阳台壁挂、屋顶嵌入等更加方便，结构稳定、强度高，外观效果更加美观。

3、平板集热器是可承压集热器。

真空管集热器一般承受的最大压力不能超过0.5Bar，最大瞬间压力不能超过1.5Bar；

平板集热器一般承受的最大压力不能超过6Bar，最大瞬间压力不能超过10Bar。

平板集热器在承受压力超过产品规定值后，会导致铜管扩大，管壁变薄。

4、平板集热器受安装角度影响大。

平板集热器表面钢化盖板玻璃虽采用内六角结构，降低表面的反射率，但仍受安装角度的影响大。

通常，平板表面与光线入射角小于45℃，其吸热能力就开始加速下降；

夹角低于30℃时，吸热能力几乎消失。

真空管由于是圆形管，横向安装时，不受太阳高度角的影响，也就是说不受安装角度的影响，但受太阳方位角的影响；

竖向安装时，不受太阳能方位角的影响，但受太阳高度角的影响，也就说受安装角度的影响。

而平板集热器是同时受太阳高度角和方位角影响，其中太阳高度角对集热器吸热能力影响最大，太阳方位角影响较小。

5、平板集热器保温性能差。

平板集热器采用的只是普通保温材料保温，并且保温厚度低。

冬季集热器不工作时，不及时排出水，必将造成集热器冻坏，一般是集热器接口处先冻裂，而集热器内铜管被冻涨。

夏季集热器内水温达到70-80℃时，需要大量时间才能升至90℃，其散热性能严重影响了水温的继续提升。

真空管集热器在冬季-10℃内，不会因自身不工作而被冻损，其保温性能相当优越，而其在高温段的温度上升，例如50-90℃，其温升速度是平稳的下降，下降速率不大。

三、光伏篇

光伏电池板有单晶硅、多晶硅、非晶硅等。

单晶硅：

颜色较纯，光电效率最高，15%左右，最高可达24%，制作成本高；

多晶硅：

颜色有印花纹，光电转化效率一般，12%左右，制作成本较低；

非晶硅：

薄膜式太阳能电池，光电转化效率低，8%-10%，衰减度高。

光伏电池板以直流电形式产电能，是由多个单体电池片串并联组成。

通常使用的工作电压为12V、18V、36V。

逆变器：

就是将光伏电池板的直流电转化成各种电压的交流电的设备，是一个由电容和电感为主的类似振荡和过滤的电路。

四、热泵篇

热泵有水源、地源、空气源、污水源等各种热泵，但原理就是利用卡诺循环和逆卡诺循环，从各种有热量的“源”提取热能，是一种能量的高效转移过程。

以空气源热泵为例说明能量转移过程：

1）制热过程：

蒸发吸热后的制冷剂变成气态形式进入压缩机，被压缩后，变成高温高压的制冷剂（此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分：

一部分是从空气中吸收的热量Q2，一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q1）；

被压缩后的高温高压制冷剂进入冷凝器，将其所含热量（Q1+Q2）释放给冷凝器的循环冷水，冷水吸收热量后保存到水箱或直接转移至末端散发，供室内采暖。

放热后的制冷剂以再次液态形式进入膨胀机构，节流降压......如此不间断进行循环。

冷水获得的热量Q3=制冷剂从空气中吸收的热量Q2+驱动压缩机的电能转化成的热量Q1，在标准工况下：

Q2=3Q1,即消耗1份电能,得到4份的热量。

2）制冷过程：

根据卡诺循环基本原理：

压缩机系统中高温高压气态制冷剂经膨胀机构节流处理后变为低温低压的液态制冷剂，进入蒸发器吸热；

室内风机盘管循环水不断

将室内热量运至蒸发器，被液态制冷剂吸收。

蒸发器吸热后的制冷剂变成气态形式进入压缩机，被压缩后，变成高温高压的制冷剂（此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分：

一部分是从室内吸收的热量Q2，一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q1）；

被压缩后的高温高压制冷剂进入冷凝器，将其所含热量（Q1+Q2）释放给冷凝器的循环冷水，该循环冷水不断通过毛细管网向空气中散发热量。

该处冷凝器释放的热量也可以同时提供给储热水箱，提供生活热水Q4。

释放到室外空气或水箱的热量Q3+Q4=制冷剂从室内空气中吸收的热量Q2+驱动压缩机的电能转化成的热量Q1，在标准工况下：

Q2=5.8Q1,即消耗1份电能，释放5.8份的热量。

第二章设计篇

一、水量与集热面积

真空管Φ47*1500，每根管含水量1.3L，日均可产热水（45℃）8L；

真空管Φ58*1800，每根管含水量1.8L，日均可产热水（45℃）10.5L。

常规50管集热器，每组集热器含水量75L，日均可产热水（45℃）400L；

其中冬季大约日均200L，夏季大约日均800L（该参数是湖州地区所测）。

1平方米集热面积≈70L~75L；

索阳所使用的集热器，实际有效集热面积约为4.8㎡，本估算法按实际每组集热器的安装面积计算，索阳为5.55㎡。

平板集热器估算法也按面积法，1平方米集热面积≈50L，夏季勉强能达到75L/㎡，因为平板集热器的有效面积和安装面积几乎相等，就显得比真空管参数明显低很多。

二、水量与使用人数

人均热水使用量具体参见《建筑给排水设计规范》，通常人均热水使用量按50L/人设计比较经济，以此确定储水箱容积。

三、得热系统

不管太阳能集热器是真空管集热器、还是平板集热器等，在得热系统理念下，凡是太阳能集热器的功能都是一样的，即获取太阳能热源。

得热系统一般由三要素组成：

热源、热媒、热存储；

热源即是获取太阳能热的形式，热媒是传输太阳能热的载体或媒介，热存储是太阳能热的最终储存设备。

实现太阳能热利用的主要途径就是热源→热媒→热存储，而这途径就是一个热能的转移过程，我把它称为热能的‘运输系统’，如何实现热能转移是太阳能行业的基础；

如何实现热能高效率的转移，是太阳能工程行业的核心科技所在，也是太阳能工程行业为何至今这么低水平的原因所在，这个核心科技始终没有被人重视和利用。

简单地说，设计一个太阳能系统，就是在设计一个太阳能热转移系统。

目前，太阳能行业的热转移方式有：

自然循环、温差循环、定温放水、定温补水+温差循环等，都存在弊端。

（1）自然循环。

水等热媒通常存在密度随着温度的上升而降低的特性，自动存在热水上浮冷水下沉的热运动，通过自身物理特性实现了局部的热能转移。

家装机、阳台壁挂太阳能等都利用了该种热转移方式。

自然循环存在的弊端很多，例如热转移距离很近，自身的热运动克服不了管线阻力；

热转移速度低，不适用大系统；

单向性，必须有冷热温差产生的条件而且热能只能向上转移。

（2）温差循环，就是热能何时转移的问题，答案就是温度差。

热源比热存储设备温度高出例如8℃，即表明有热能可以转移了。

温差循环利用的就是该方式，集热器温度比水箱温度高出8℃，自动启动循环水泵，将水箱冷水送入集热器，同时集热器热水被顶入水箱；

集热器因冷水补充温度下降，与水箱温度差为4℃的时候，自动停止水泵，由集热器继续吸收太阳能，如此不断循环往复，将热量不断转移到水箱。

温差循环的好处：

只要热源处获得了足够热量，就必然有温差，热能必然可以被带入水箱，适用于所有有水箱的系统。

温差循环的弊端：

不适用于即产即用系统或快速得热系统；

热转移效率低，耗电量多，循环过程丢失热能多；

形式单一，只讲究温差，不考虑实际可利用温度。

太阳能热转移效率要提高，单一的温差循环系统是必然要被淘汰的，是目前最落后的人工热转移形式。

（3）定温放水。

定温放水的热媒对象就是水，但也可以适用其它热媒。

定温放水也是热能何时转移的问题，答案是集热器热媒达到固定的有效利用温度。

通常定温放水是指集热器温度达到50℃时，自动往集热器补充自来水，由自来水将集热器内的热水顶入水箱；

集热器温度因补充自来水而下降，温度下降成45℃时暂时停止补充自来水，继续加热，如此往复。

在有水箱的情况下，一般当水箱满水时停止工作。

定温放水的好处：

可以直接获得满足温度要求的水，能即产即用；

利用自来水压力，无需消耗运输电费；

在平板、热管等快速得热系统下，热效率明显高于温差循环。

定温放水的弊端：

在得热速率慢的情况下，集热器获得的热量不能及时或者不能传递到水箱。

（4）定温补水/放水+温差循环。

该模式是上述两种热转移方式的优势互补。

简单的说可以分为两种形式，一种是索阳常用的定温补水+温差循环，该方式的系统热传递依然是温差循环，只不过是通过控制水箱的水量和现有温度来实现水温温度的合理性。

即热传递一直只是单调的执行温差循环过程，而水箱在水温满足要求后再间断性补充适量冷水，直至水箱补满水。

若当日光照不足，出现半箱热水的情况属于合理情况。

另一种方式是真正的定温放水+温差循环方式：

该方式是以执行定温放水为主，待水箱满水位后，再转成温差循环的方式，一旦水箱水位不满，则自动转成定温放水模式。

（5）定温循环

定温循环与定温放水相似，但该方式多用于二次换热系统，是介质系统减少循环次数或快速得热系统较为经济的运行方式。

（6）光照直流/循环

大型工业系统，太阳能无法提供足够热量，只能提供部分热量时，采用光照直流或循环的热传递模式，可以获得更多的太阳能热量。

该模式即太阳光照达到要求后，水直接流经集热器后排出或输送至耗热单位，没有水温要求。

该模式由于运行在集热器的低温特性区段，比有温度控制的模式能获取更多的热量。

四、耗热系统

太阳能得热系统获取热量并存储后，下一个使用热量的过程就是耗热系统，耗热系统简单地讲，就是通过一种合适的方式把储热水箱的热量运输至使用末端。

设计者考虑的就是热量的转移，参考但不受限于常规用热方式。

4.1洗浴用热水系统

太阳能作为洗浴用热水的系统，其耗热方式就是供应热水，通常有自然压力供水、定压供水、定温供水、恒温恒压供水、变频供水、定时供水等，其本质就是取决于水温和水压两个参数。

设计者得保证洗浴用户末端的出水温度在38℃及以上70℃以下；

出水点压力在0.5MPa以上3.5MPa以下，较为经济合理的出水压力为1.0MPa。

淋浴洗浴者每分钟获得的热水量要保证在2L及以上，非商业浴室4L/Min热水量较为经济合理，商业浴室8L/Min较为经济合理，通常出于节能和控制用水量的目的，不得大于12L/Min的设计流量，否则不但浪费严重，并且用户会质疑太阳能厂家。

具体出水流量设计需参考淋浴器说明的出水量。

对于定时段供应热水的单位，可在开始供水前5-30分钟，进行一次供热水管道循环，保障即开即热的效果。

定时段内，可强制启动供水增压泵，但必须设有回水管路。

对于没有回水管道的系统，采用自动增压泵或压力开关控制水泵启停。

对于24小时全天候供应热水的单位，必须采用自动增压泵（或变频泵、压力开关泵）供应热水，设有回水管路的，必须相应安装回水电磁阀。

可采用管路温差循环或定时循环的方式保障管路中时时有热水。

建议慎重使用管路温差循环，供热水管线越长，对系统的散热影响越大，可以造成用户辅助加热24小时开启的情况，甚至水箱没热水。

4.2供暖及其他用热方式

太阳能热水配合其他辅助加热设备，也能对建筑进行供暖。

通常散热片供暖供回水温度95℃/70℃，地暖供回水温度45℃/40℃。

如何实现回水温度达到标准要求？

首先理论上以能量守恒的方式计算循环水流量，再实际选配水泵的时候适当提高或减少水泵的额定流量，出于保障性的角度，可以提供水泵流量，出于经济性的角度，可以减少水泵额定流量。

实际上只要额定供水温度达到要求，回水温度的影响并不大，作为设计者，不会出现循环流量较大的偏离。

例如200平米的建筑采暖，采用1吨/小时的水泵，也照样能取得很好的室内温度；

但这样的设计只是争对设计者自家住宅来设计的，因为经济实用，对于索阳用户，设计流量越大，风险就越低，所以得取高值。

太阳能热水作为锅炉用水的一部分，我个人建议太阳能水温最高不超过50℃就供锅炉，这样太阳能热利用较高。

太阳能热水为工业工艺过程提供保温保湿的（例如地砖厂等），需重点考虑太阳能热水白天与夜间的使用分配问题，太阳能工业应用项目对工控技术要求高，对太阳能热稳定性和可靠性有极高的要求，我认为是太阳能除发电和制冷外热利用的最高境界。

五、控制系统

控制系统是太阳能热传导的指挥官，一个优秀的太阳能热利用设计师，必须具备控制系统的逻辑设计能力。

逻辑设计其实很简单，可以概括为条件和行为两部分。

太阳能系统的行为就是表现为水泵启停、电池阀开闭、电加热启停等外设设备的运转和显示（包括指示灯亮、显示水温等）。

那么太阳能系统的条件也很简单，就是各类温度、压力、开关信号、时间等。

控制系统的设计，必须具有条件和行为的对应关系，即任何一个条件和行为都不能单独存在，而一个条件可以有多个行为，一个行为也可以对应多个条件。

例如温差循环的逻辑设计：

集热器温度T1，水箱温度T2，温差循环水泵P1，温差循环开启温度X，停止温度Y，则逻辑设计表述为：

条件：

T1-T2≥X，行为：

P1通电；

T1-T2＜Y，行为：

P2断电。

纯看该逻辑表述条件，温差循环非常的简单，对于索阳设计人员，能把自己的设计想法以这类形式表述出来，已经不错了。

作为专业人员，则必须考虑温度等条件波动带来的影响，而温差循环正好因为X与Y数值的幅度变化自动消除了该条件信息。

例如水箱补水的逻辑设计：

水箱液位W1，设定液位下限X，液位上限Y，电磁阀F1。

条件：

W1＜X，行为：

F1打开；

W1=Y，行为：

F1关闭。

从表面看，该逻辑表达没有任何问题，但实际补水过程中，水面是波动的，也就是W1的值是不断波动的，但总体处于上升过程。

W1未必出现等于Y的情况，可能直接大于Y，那么F1就可能永远没机会关闭了。

所以正确的表述就得改为W1≥Y。

那么会不会出现水位因晃动而虚高到Y值，实际未能达到呢？

这是完全有可能的，所以实际该功能设计上的表述是这样的：

W1≥Y，行为：

延时1分钟F1关闭。

对于控制系统的设计，原则上各功能之间处于并列关系，相互之间是互不影响，也就是说条件和行为都是独立的。

逻辑设计完成后，一定要检查是否存在冲突，逻辑上的BUG会导致系统功能失灵或错乱。

不同条件下，行为的结果可能正好相反怎么办？

例如集热器高温保护的时候要求停止P1，但满足温差循环条件又要启动P1，这种情况下，停和启同时出现时，系统自动默认为停止。

六、供暖与空调制冷

6.1供暖设计

（1）普通供暖设计

设计者必须搞清楚采暖设计热负荷指标与建筑物耗热量指标的概念，这是估算供暖功率的基础，估算时必须参考窗墙面积比和建筑体型。

北京市节能建筑采暖设计热负荷指标宜取28.37W/㎡，不宜高于52W/㎡，耗热量指标不低于20.6W/㎡。

指标与面积乘积即制热或耗热功率。

在选择设备制热功率匹配时，考虑设备维护与保养时间，按采暖设计功率的基础上浮50%匹配；

空气源热泵必须对应环境温度下的真实制热量。

供暖末端有风机盘管、散热片和地板辐射，风盘是人体舒适度最差的方式，尤其水温高于60℃或者低于35℃的情况下；

散热片则必须保障供水温度70℃以上，不能应用于低温供暖设备；

地板辐射采暖舒适度好，但温度上升慢，通常需要1-3天的预热时间。

供暖管线必须包含有补水系统设计与排空方式设计，地板辐射采暖一般难以简单排空，低温环境下长时间不使用必须考虑防冻。

（2）太阳能供暖设计

采用太阳能热水供暖，或者采用太阳能空气集热器供暖，稳定性都不可能保障，而且实际经济性也较差。

以目前的太阳能热利用技术，走水式太阳能集热器自身的冬季防冻问题都是一大技术难题，不可再去保护其它设施的防冻问题。

太阳能采暖在北京地区几乎不可取，但配合空气源等其它采暖方式，还是具有一定意义的。

由于太阳能采暖没有保障性和稳定性，通常其它供暖方式的制热量与太阳能的制热量不能叠加，设计上以其它供暖方式的制热功率为主。

通常1平米建筑面积配比4-5平米太阳能集热面积即可。

（3）地源热泵地下换热系统设计

以索阳目前掌握的资料和经验，对地源热泵地下换热器的指标仍旧没有具体的数据参照。

但双U32管按35w/m吸热功率设计量应当是有保障的，地下土质好的情况下，取45w/m的吸热功率应当可行。

关于地下散热的，目前没有任何一手数据和经验，按55W/M散热功率设计，应当可行。

若实际出现散热功率不够的情况，可添加冷却塔降温，成本比打地源井节约很多。

地源热泵按1平方建筑面积匹配1.5-2延米的估算可确保采暖不存在多大问题。

（4）水源热泵取水设计

水源热泵根据室内采暖所需热量等于机组自身散热+5℃温差的水提取热，来计算水源井需保证的出水流量。

至于静水位、动水位等，需实际成井后才能测得。

地下水以每年1-3米的速度下降，必须考虑动水位与水泵距离预留。

回灌水流量大于30立方/时，自然回灌的可行性就不大，需采取人工回灌。

6.2制冷设计

目前索阳没有进行任何的制冷工程案例，经验十分缺乏，所以设计上需相对保守。

具体制冷负荷估算指标，参照《暖通空调系统设计手册》。

北京地区夏季制冷时间短，尤其是办公场所，夜间基本无需开启制冷设备，我个人认为，北京地区按设备采暖功率再上浮50%就可行。

目前的地源、水源、空气源等中央空调系统设计，夏季所需制冷功率是冬季制热功率的2倍，采用2台机组夏季制冷，而冬季仅1台制热，另一台备用的形式最佳。

毕竟夏季设备故障不可能造成大规模损失，而冬季就可能冻坏建筑设备等，风险大，需要备用设备。

七、光伏电站设计

光伏电站的设计首先要确定是采用用户侧并网，还是离网的方式，虽然整体设计上区别不大，但对电气设备的设计影响大。

根据屋顶可安装面积或用户需求，初步确定发电功率。

根据发电功率选择不同厂家的逆变器，一定要提前确定逆变器的厂家及型号，因为电池组件的设计是完全取决于逆变器的参数，不同大小及型号和厂家的逆变器，其参数都可能完全不一样。

例如，屋面可安装发电功率约260KW，则选用了能高的逆变器，参数如下：

型号

SunVert250

推荐光伏组件功率

275kWp

最大直流输入电压

880V

MPP工作电压范围

450V～820V

最大直流输入电流

600A

直流输入路数

8

额定交流输出功率

250kW

额定交流输出电流

380A

电流总谐波畸变率（THD）

<

3%（额定功率）

额定交流电压

380V

交流电压范围

320V～420V

额定电网频率

50Hz

充许电网频率

48～50.5Hz

功率因数

≥0.99（额定功率）

最大效率

97.7%

待机状态功耗

40W

防护等级

IP20

冷却方式

强迫风冷

允许环境温度

-30℃～+55℃

允许相对湿度

≤95%（无凝露）

允许最高海拔

6000m（超过3000m需降容使用）

人机界面

触摸屏

标准通讯方式

以太网

可选通讯方式

RS485

外形尺寸（宽/高/深）

2200×

2000×

850mm

重量

2000kg

确定逆变器后，我们首先看MPPT工作电压范围，该参数是我们设计电池组件的关键，再看最大直流输入电压880V。

这样，我们就可以选择电池组件的工作电压了，例如选择英利一款YL250-29B的电池组件，其工作电压30.4V，开路电压38.4V；

那么880V/38.4V=22.9，即最多串联22块电池组件；

再看22块电池组件的工作电压是否在MPPT范围内，22块×

30.4V=668.8V，在MPPT范围内。

计算串联的上限，再计算下限。

取MPPT下限450V，则450V/30.4V=14.8块，即最少串联的电池组件需达到15块。

那设计结论就出来了，采用YL250P-29P电池组件的，电池板串联数必须在15-22之间才能满足MPPT的范围要求，也满足逆变器最大工作电压要求，是即有高效率逆变，又能安全的设计。

再者，就要验证最大直流电流是否满足逆变器要求。

YL250P-29P的短路电流为8.79A，则需要超过逆变器最大600A的要求，就得并联69组。

按每组最少15串的方式，则每组的功率为3.75KW，总共258.75KW，在逆变器有效功率范围内。

所以就要