太阳能热水系统和太阳能光伏系统的测评方法

技术领域

本发明涉及太阳能应用领域技术，尤其是指一种太阳能热水系统和太阳能光伏系统的测评方法。

背景技术

根据《住房和城乡建设部、财政部》GB/T 50378-2019绿色建筑评价和GBT 50801-2013可再生能源建筑应用工程能价标准要求，需对已投入使用的太阳能热水系统和太阳能光伏系统的建筑应用项目进行能效测评和验收，通过予验收和能效测试合格后才能正式交付使用和申请国家节能财政补贴经费。

太阳能热水系统和太阳能光伏系统规模一般较大，目前缺少实际运行数据，导致该系统的优化设计和性能预测都具有一定困难。利用模拟进行不同工况、不同部件参数的多次实验，有助于解决太阳能热水系统和太阳能光伏系统在优化设计和性能分析的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种太阳能热水系统和太阳能光伏系统的测评方法，其解决了上述问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种太阳能热水系统和太阳能光伏系统的测评方法，包括以下步骤：

1)、将传感器系统分别安装于太阳能热水系统和太阳能光伏系统；所述传感器系统将采集的数据通过LoRa无线模块传输到太阳能测试仪采集器；所述太阳能测试仪采集器再通过无线通信模块将数据传输到能效评测系统；

2)、在能效评测系统设定需要测评的参数；设定的参数包括：设定通信串口、设定采集器参数、设定采集通道配基、设定采集周期和新建测试文件夹；所述采集器参数包括：太阳能热水系统中集热端进口温度、集热端出口温度、集热端流量、水箱温度、用户端进口温度、用户端出口温度、用户端流量计、第一外界太阳总辐射量、第一外界环境温度、第一外界风速和测试时间；所述采集器参数还包括：太阳能光伏系统的太阳能电池板温度、转换电流量、第二外界太阳总辐射量、第二外界环境温度、第二外界风速和测试时间；

3)、启动测试，能效评测系统对数据进行监控并进行记录，以及，绘制能效数据曲线图；

4)、点开步骤2中的新建测试文件夹，点击记录的数据或能效数据曲线图，导出测试报告，再比对测试报告，观察太阳能热水系统和太阳能光伏系统的测评的数据是否符合要求。

在一个实施例中，再对太阳能光伏系统试验开始前，应切断所有外接辅助电源，安装调试好太阳辐射表、电功率表/温度自记仪和风速计，并测量太阳能电池方阵面积；

试验开始时，应同时记录总辐射表太阳辐照量读数及各仪表的数据；

试验开始后，应每隔十分钟记录一次各仪表数据；

计算试验期间单位太阳能电池板面积的太阳辐照量H；对于处在不同采光平面上的太阳能电池方阵，应分别计算试验期间不同采光平面单位太阳能电池板面积的太阳辐射量H；

系统试验期间单位面积太阳能电池板的发电量Q，单位为MJ/(㎡)，用第一公式计算：

其中，t为试验时间，单位：h；w为试验期间电功率表的读数，单位：kW；Ac为太阳能电池板面积，单位：㎡；

太阳能光伏系统光电转换效率η，用第二公式计算。

在一个实施例中，当太阳能电池板不在同一采光面时，太阳能光伏系统光电转换效率η，可第三公式计算：

其中，t为试验时间，单位：h；w为试验期间电功率表的读数，单位：kW；A

在一个实施例中，太阳能热水系统得热量测试如下：

(1)、太阳能热水系统得热量：由太阳能集热系统中太阳集热器提供的有用能量，单位：MJ/天全天；

(2)测试时间：测试起止时间达到测试所需要的太阳辐射量为止；

(3)所需测试参数：集热端进口温度、集热端出口温度、集热端流量、第一外界环境温度、第一外界风速和测试时间；

(4)数据整理：当采用热量表测试上述参数时，太阳能集热系统得热量Q

在一个实施例中，太阳能热水系统中常规热源耗能量测试如下：

(1)常规热源耗能量：系统中辅助热源所耗常规热源的耗能量；

(2)测试时间：测试起止时间达到测试所需要的太阳辐射量为止；

(3)所需测试参数：辅助热源加热量、第一外界环境温度、第一外界风速、测试时间；

(4)数据分析：当采用电作为辅助热源时，用电流表测量测试时间内辅助热源的耗电量；

当采用其它热源为辅助能源时，系统常规热源耗能量的测量方法用下面公式计算：

Q

Q

系统应向用户提供的总热量Q

Q

Q

在一个实施例中，太阳能热水系统中贮热水箱热损系数测试如下：

(1)贮热水箱热损系数：表示贮热水箱保温性能的参数，单位：W/K。

(2)测试时间：选取一天，测试起止时间为晚上8点开始，且开始时贮热水箱水温不得低于40℃与水箱所处环境温度差不小于20℃，第二天早上6点结束，共计10个小时；

(3)所需测试参数：开始时贮热水箱内水温度、结束时贮热水箱内水温度、贮热水箱容水量、贮热水箱附近环境温度、测试时间；

(4)数据分析：贮热水箱热损系数用下面公司计算：

式中：U

在一个实施例中，太阳能热水系统的集热效率测试如下：

(1)集热效率：在测试期间内太阳能热水系统有用得热量与同一测试期内投射在太阳能集热器上日太阳辐照能量之比；

(2)测试时间：测试起止时间达到测试所需要的太阳辐射量为止；

(3)所需测试参数：太阳能集热器采光面积、第一外界太阳总辐射量、集热端进口温度、集热端出口温度、集热端流量、第一外界环境温度、第一外界风速、测试时间；

(4)数据分析：集热效率用以下公司计算：

式中：η为集热效率，单位为％；Q

在一个实施例中，太阳能热水系统的太阳能保证率测试如下：

(1)太阳能保证率：系统中太阳能部分提供的能量与系统需要的总能量之比；

(2)测试时间：测试起止时间达到测试所需要的太阳辐射量为止；

(3)所需测试参数：太阳能集热器采光面积、第一外界太阳总辐射量、集热端进口温度、集热端出口温度、集热端流量、第一外界环境温度、第一外界风速、辅助热源加热量和测试时间；

(4)数据分析：太阳能保证率用以下公式计算：

式中：f为系统太阳能保证率；Q

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

该测评方法中传感器系统将采集的数据传输到太阳能测试仪采集器，太阳能测试仪采集器再将数据传输到能效评测系统，能效评测系统获取及监测传感器的测试数值，最终测量出太阳能光热及光伏效率各项参数，从而根据参数进行优化。该测评方法适用于高等院校、科研机构及太阳能企业、太阳能产品的开发、研究及检测部门使用，作为太阳能产品性能研究的依据。

通过采用NB-LOT+LoRa无线通信网络技术，组成无线传感器，解决了现场集热端和用户端测量传感器线缆过长的问题。且采用NB-LOT+LoRa无线通信网络技术，组成完备的无线传感器感知层和数据远传网络层，解决了系统的测、传、用环节互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧测试平台，符合现场大型太阳能热水系统和光伏发电系统实际工况的检测要求。保证了太阳能热水系统和太阳能光伏系统的设计指标施工质量验收及能效测评。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例应用到太阳能热水系统的连接示意图；

图2是本发明实施例应用到太阳能光伏系统的连接示意图。

附图标记：

11、太阳能集热器 12、保温水箱

13、第一进水管 14、第一出水管

15、混水泵 16、第二进水管

17、第二出水管 18、送水泵

21、太阳能光伏组件 22、并网逆变器

23、电网 31、热端进口温度计

32、集热端出口温度计 33、集热端流量计

34、水箱温度计 35、用户端进口温度计

36、用户端出口温度计 37、用户端流量计

38、第一环境温度传感器 39、第一环境风速传感器

310、第一环境总辐射传感器 311、组件温度计

312、钳型电流传感器 313、第二环境温度传感器

314、第二环境风速传感器 315、第二环境总辐射传感器

40、太阳能测试仪采集器 50、能效评测系统。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，为太阳能热水系统的结构示意图，太阳能热水系统包括太阳能集热器11和保温水箱12，太阳能集热器11和保温水箱12之间通过第一进水管13和第一出水管14连通，且第一进水管13上设有混水泵15。保温水箱12远离太阳能集热器11端设有第二进水管16和第二出水管17，第二出水管17上设有送水泵18。

传感器系统包括集设于第一进水管上的热端进口温度计31、设于第一出水管14上的集热端出口温度计32、设于第一出水管14上的集热端流量计33、位于保温水箱内的水箱温度计34、设于第二进水管16上的用户端进口温度计35、设于第二出水管17上的用户端出口温度计36和用户端流量计37以及安装于室外支架上的第一环境温度传感器38、第一环境风速传感器39和第一环境总辐射传感器310。热端进口温度计31、集热端出口温度计32、集热端流量计33、水箱温度计34、用户端进口温度计35、用户端出口温度计36、用户端流量计37、第一环境温度传感器38、第一环境风速传感器39和第一环境总辐射传感器310采集的数据均通过LoRa无线模块传输到太阳能测试仪采集器40，太阳能测试仪采集器40在通过无线通信模块将数据传输到能效评测系统50。可选地，能效评测系统50为带测评软件的PC电脑。

如图2所示，为太阳能光伏系统的结构示意图，其包括：太阳能光伏组件21、并网逆变器22以及电网23；并网逆变器22电连接于太阳能光伏组件21和电网23之间。

传感器系统还包括集设于太阳能光伏组件21上的组件温度计311、连接于并网逆变器22和电网23之间的钳型电流传感器312以及安装于室外支架上的第二环境温度传感器313、第二环境风速传感器314和第二环境总辐射传感器315。组件温度计311、钳型电流传感器312、第二环境温度传感器313、第二环境风速传感器314和第二环境总辐射传感器315采集的数据均通过LoRa无线模块传输到太阳能测试仪采集器40，太阳能测试仪采集器40在通过无线通信模块将数据传输到能效评测系统50。

可选地，第一环境总辐射传感器310和第二环境总辐射传感器315为FSP10总辐射传感器，其具有与Ki pp&Zonen CMP21二等标准总辐射表的精度和稳定性，精度2％集热效率和太阳保证率更精准，能效等级更高。

本申请提供一种太阳能热水系统和太阳能光伏系统的测评方法，

包括以下步骤：

1)、将传感器系统(即上面各传感器)分别安装于太阳能热水系统和太阳能光伏系统；所述传感器系统将采集的数据通过LoRa无线模块传输到太阳能测试仪采集器40。所述太阳能测试仪采集器40再通过无线通信模块将数据传输到能效评测系统50。

2)、在能效评测系统50设定需要测评的参数；设定的参数包括：设定通信串口、设定采集器参数、设定采集通道配基、设定采集周期和新建测试文件夹。所述采集器参数包括：太阳能热水系统中集热端进口温度、集热端出口温度、集热端流量、水箱温度、用户端进口温度、用户端出口温度、用户端流量计、第一外界太阳总辐射量、第一外界环境温度、第一外界风速和测试时间。所述采集器参数还包括：太阳能光伏系统的太阳能电池板温度、转换电流量、第二外界太阳总辐射量、第二外界环境温度、第二外界风速和测试时间。

3)、启动测试，能效评测系统对数据进行监控并进行记录，以及，绘制能效数据曲线图。

4)、点开步骤2中的新建测试文件夹，点击记录的数据或能效数据曲线图，导出测试报告，再比对测试报告，观察太阳能热水系统和太阳能光伏系统的测评的数据是否符合要求。

通过上述测评步骤，太阳能测试仪采集器40自动采集测评数据和能效评测系统50获取及监测传感器的测试数值，最终测量出太阳能光热及光伏效率参数。适用于高等院校、科研机构及太阳能企业、太阳能产品的开发、研究及检测部门使用，作为太阳能产品性能研究的依据。

示例性地，LoRa无线采集模块的传感器节点由STM32低功耗微处理器、LoRa通信模块SX1278构成。可选地，无线通信模块为NB-LOT通信模块或，GPRS通信模块。

通过采用NB-LOT+LoRa无线通信网络技术，组成无线传感器，解决了现场集热端和用户端测量传感器线缆过长的问题。且采用NB-LOT+LoRa无线通信网络技术，组成完备的无线传感器感知层和数据远传网络层，解决了系统的测、传、用环节互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧测试平台，符合现场大型太阳能热水系统和光伏发电系统实际工况的检测要求。保证了太阳能热水系统和太阳能光伏系统的设计指标施工质量验收及能效测评。

在一个实施例中，再对太阳能光伏系统试验开始前，应切断所有外接辅助电源，安装调试好太阳辐射表(第二环境总辐射传感器315)、电功率表(钳型电流传感器312)/温度自记仪(第二环境温度传感器313)和风速计(第二环境风速传感器314)，并测量太阳能电池方阵(太阳能光伏组件21)面积；

试验开始时，应同时记录总辐射表太阳辐照量读数及各仪表的数据；

试验开始后，应每隔十分钟记录一次各仪表数据；

计算试验期间单位太阳能电池板面积的太阳辐照量H；对于处在不同采光平面上的太阳能电池方阵，应分别计算试验期间不同采光平面单位太阳能电池板面积的太阳辐射量H；

系统试验期间单位面积太阳能电池板的发电量Q，单位为MJ/(㎡)，用第一公式计算：

其中，t为试验时间，单位：h；w为试验期间电功率表的读数，单位：kW；Ac为太阳能电池板面积，单位：㎡；

太阳能光伏系统光电转换效率η，用第二公式计算。

在一个实施例中，当太阳能电池板不在同一采光面时，太阳能光伏系统光电转换效率η，可第三公式计算：

其中，t为试验时间，单位：h；w为试验期间电功率表的读数，单位：kW；A

在一个实施例中，太阳能热水系统得热量测试如下：

(1)、太阳能热水系统得热量：由太阳能集热系统中太阳集热器提供的有用能量，单位：MJ/天全天；

(2)测试时间：测试起止时间达到测试所需要的太阳辐射量为止；

(3)所需测试参数：集热端进口温度、集热端出口温度、集热端流量、第一外界环境温度、第一外界风速和测试时间；

(4)数据整理：当采用热量表测试上述参数时，太阳能集热系统得热量Q

在一个实施例中，太阳能热水系统中常规热源耗能量测试如下：

(1)常规热源耗能量：系统中辅助热源所耗常规热源的耗能量；

(2)测试时间：测试起止时间达到测试所需要的太阳辐射量为止；

(3)所需测试参数：辅助热源加热量、第一外界环境温度、第一外界风速、测试时间；

(4)数据分析：当采用电作为辅助热源时，用电流表测量测试时间内辅助热源的耗电量；

当采用其它热源为辅助能源时，系统常规热源耗能量的测量方法用下面公式计算：

Q

Q

系统应向用户提供的总热量Q

Q

Q

在一个实施例中，太阳能热水系统中贮热水箱热损系数测试如下：

(1)贮热水箱热损系数：表示贮热水箱保温性能的参数，单位：W/K。

(2)测试时间：选取一天，测试起止时间为晚上8点开始，且开始时贮热水箱水温不得低于40℃与水箱所处环境温度差不小于20℃，第二天早上6点结束，共计10个小时；

(3)所需测试参数：开始时贮热水箱内水温度、结束时贮热水箱内水温度、贮热水箱容水量、贮热水箱附近环境温度、测试时间；

(4)数据分析：贮热水箱热损系数用下面公司计算：

式中：U

在一个实施例中，太阳能热水系统的集热效率测试如下：

(1)集热效率：在测试期间内太阳能热水系统有用得热量与同一测试期内投射在太阳能集热器上日太阳辐照能量之比；

(2)测试时间：测试起止时间达到测试所需要的太阳辐射量为止；

(3)所需测试参数：太阳能集热器采光面积、第一外界太阳总辐射量、集热端进口温度、集热端出口温度、集热端流量、第一外界环境温度、第一外界风速、测试时间；

(4)数据分析：集热效率用以下公司计算：

式中：η为集热效率，单位为％；Q

在一个实施例中，太阳能热水系统的太阳能保证率测试如下：

(1)太阳能保证率：系统中太阳能部分提供的能量与系统需要的总能量之比；

(2)测试时间：测试起止时间达到测试所需要的太阳辐射量为止；

(3)所需测试参数：太阳能集热器采光面积、第一外界太阳总辐射量、集热端进口温度、集热端出口温度、集热端流量、第一外界环境温度、第一外界风速、辅助热源加热量和测试时间；

(4)数据分析：太阳能保证率用以下公式计算：

式中：f为系统太阳能保证率；Q

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。