摘 要：太阳能热水器是我国居民应用的一种主要加热设备，其热性能可以在一定程度上反映出产品的质量，在现行的国家制定法的GB/T19141-2011标准中要求在进行热水器热性能检测时其所接受的日辐照量需要达到8—25 MJ/m2，但是受地理位置的影响，许多地区在日间所受辐照量无法满足这个数值要求，而聚光法可以通过反射原理提高所日间所受辐照量，使热水系统能在国家标准的要求下进行检测。
关键词：聚光法；太阳能热水器；热性能；检测
作为一种清洁的可再生资源，太阳能的应用产生的价值较高，其加热系统的性能及使用效果是消费者重点关注的部分，因此对其热性能的检测及分析是热水器生产及投入市场中的重要部分。目前对于太阳能热水器的能量转化及损耗的分析检测中所应用的检测方法较多，而聚光法主要是利用太阳光反射聚焦来提高水箱温度，并通过PLC控制系统对光能进行自动跟踪，此测试平台在实际中应用效果较好，以下根据其原理及作用进行了详细的分析。
一、聚光法检测太阳能热水器热性能研究背景
1、“节能减排，发展绿色低碳经济”的发展战略
根据对2012—2016年太阳能热水器销售额的数据报告调查发现，我国太阳能热水器的销售额稳步增长，并且在现今绿色低碳的理念支持下，太阳能热水器作为一种应用可再生能源的环保产品在未来有良好的发展前景，在此条件下也带动了相关领域中各项技术的发展。
2、混乱的市场秩序
目前在太阳能热水器的市场中热水器的性能良莠不齐，质量问题频发，严重的影响了此行业的健康发展，由于太阳能热水器的使用特点及环境造成了这些存有质量问题的设备会带来安全隐患，因此必须要由相关检测部门对产品进行检测。目前在市场中流通的太阳能热水器结构及内部加热系统中有很大区别，其在实际的使用中必须要达到《家用太阳热水系统技术要求》中所制定的温度要求，不同结构的热水器的要求有一定差别，其具体温度值以日辐照量作为基础进行规定。在检测中需要依据相关部门制定的标准对产品质量进行评测，这对检测技术有了极大的要求。
3、聚光法应用于太阳能热水器热性能检测中
聚光自动跟踪就是在太阳能行业快速发展的背景下产生的一种较为先进的热性能检测技术，其利用聚光盘、驱动装置、支架及PLC控制系统组成一种可以自动跟光的光反射系统，利用光反射来提高水箱底部的温度，增强日辐射，通常此方法可以将日辐射量提高到16 MJ/m2，有效的提高了检测效率。
4、太阳能热水器热性能检测中的影响因素
光能所带来的能量受时间、温度、风速等因素的影响，在进行检测的过程中这些因素会关系光转化效率，因此检测点的选择及时间的选择都非常重要，同时也需要注意在检测的过程中也会增加热损耗。
（1）进水水温。在检测过程中进水水温必须要保持在一个预定的温度上，且其必须具有恒定性，在进行热转化效率及热损耗的检测中对进水水温需要进行连续检测，但是在太阳能热水器中水的循环会对其温度产生影响，改变测温数值，因此在检查的过程中需要注意进水的瞬时温度，其波动变化在一定程度上受人为因素的影响。
（2）环境温度。在进行热损系数计算的过程中需要在规定的时间内对太阳能热水器周边空气温度进行阶段性的监测，其产生的数值对之后的计算有着最直接的影响，因此检测数据必须要保证精确、可靠，为此通常会采用自动化测温，以此来避免人为测温出现误差。
二、聚光法检测太阳能热水器热性能研究内容
1、聚光法测试模型
太阳能热水器主要是利用平面镜对光进行反射，其底部应用单轴来对此平台进行东西方向转动控制，使平台可以维持在一个稳定的状态，以便自动追踪太阳光，其结构简单、装置方便，在使用中具有较高的经济价值，其模型见图1。
图1 聚光法测试模型
2、聚光法测试特点
（1）此平台所使用的反射体为平面镜，因此其对自然光的反射为平行反射，光斑分布均匀，可以使整个热水器都接收光线。
（2）此平台在使用中主要由PLC控制系统进行自动控制，具有自动运行的特点，因此运行过程中误差出现的情况较少。
（3）在平台设置中将其摆放参数输入控制程序中，平台便可自动运行控制，根据时间、太阳运行的变化来调整角度及方向，保证平台运转路径与日光相符，使其可以有效聚光，实现自动跟踪的效果。
（4）此平台在运行的过程中只需要根据系统情况进行调试，并在平台运行完成后进行参数清零，使平台回归初始数值。同时需要注意平台的清理，主要就是平面镜的干净、清洁，避免脏污影响其反光。
三、聚光法检测太阳能热水器热性能研究结果
1、辐照均匀度性能测试
经实验测试，平台辐照光斑均匀度偏差在3%内。
2、平台辐照量及聚光倍率性能测试
在检测中所得数据表明，在自然光日辐射量处于12—16 MJ/m2时，应用此平台可将其辐射量提高至16 MJ/m2以上，具体见图2。
图2 平台辐射量检测数据
3、同一型号规格的两个产品
同一型号规格的两个产品在同一天测试，分别在平台上测试和常规测试热性能，测试结果如图3所示。平台试验测得日平均效率为0.441；常规试验测得日平均效率为0.440；二者偏差为0.2%。
图3 同一型号规格的两个产品数据比较
4、聚光法测试平台实现的技术指标和创新点
第一，平台的辐照均匀度满足试验要求，辐照度偏差可控制在±3%内；第二，平台测试和自然状态下测试结果具有较高一致性(测试结果偏差为0.2%)。为进一步提高平台的可靠性和实用性，需进行进一步的研究和大量的数据积累。
四、结语
上文从太阳能热水器热性能检测需要的角度出发，简单的分析了目前热性能检测的重要性，并建立了自动跟踪聚光测试平台的模型，从其使用特点及优点的角度分析了其应用于太阳能热水器热性能检测中的可行性。通过对应用聚光平台及未使用聚光平台的太阳能热水器测试中所产生的数据进行比较，更加清晰的展现出聚光测试平台应用的效果。根据数据及研究表明，此项检测技术有较好的使用效果，值得推广。
参考文献：
[1] 王亮亮.太阳能热水器、集热器热性能测试系统设计及应用[D].扬州大学,2012.
[2] 刘业凤,张斌.家用太阳能热水器热性能测试台设计[C].上海市制冷学会2013年学术年会论文集.2013:4-6.
[3] 张昕宇,何涛,邓昱,等.全自动家用太阳能热水器热性能及能效等级测试系统[J].太阳能,2012(12):56-57.
论文作者:李禄
论文发表刊物:《科技中国》2017年3期
论文发表时间:2017/5/31
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