一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法
【专利摘要】本发明针对现有盐梯度太阳池实验技术中所存在的实验周期长、实验地点和实验时间都受当地地理位置和季节条件的限制的问题，提出一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，主要包括包括实验水槽、盐水、加热模块、盐度传感器、温度传感器、电源、显示终端、PLC控制模块、盐度反馈传输、功率控制传输、功率反馈传输、温度反馈传输部分。本发明能够较准确地模拟盐梯度太阳池所吸收到的太阳辐射能，从而实现盐梯度太阳池太阳能模拟实验的经济性、可行性、准确性、地理位置和实验设定时间可设定。
【专利说明】一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟太阳能光热转换的程序加热实验方法，尤其涉及一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法。
【背景技术】
[0002]太阳能热利用属于洁净的可再生能源技术。随着太阳能技术的发展，很多情况下需要进行太阳能实验，但是太阳能实验若采用实际太阳光往往受天气、时间、地理条件等因素的限制，周期较长，而且若地点固定了，太阳辐射的状况也就固定了，即一个地理位置只能模拟当地的太阳能利用情况，而无法实现对其他地理玮度的情况的模拟。
[0003]在太阳能热利用技术中，盐梯度太阳池是一种集太阳能吸收和储存为一体的太阳能热利用技术，它是一种具有不同浓度结构组成的盐水池。盐梯度太阳池主要由三层构成，最下层为储热层，由浓盐水构成，中间层为盐梯度层，盐浓度从下而上依次降低，最上层为淡水层。太阳池中储热层中高浓度的盐溶液及盐梯度层中自下而上逐渐减小的盐梯度，在重力的作用下，阻止了整个池子的自然对流过程，所以热量不能够以对流的方式散失到表面大气中，只能以热传导的方式通过较厚的盐梯度层传递到水表面，而导热过程是相对缓慢的。这样，到达储热层的太阳辐射被以热的形式储存下来。然而，采用实际的盐梯度太阳池进行实验对于科学研宄单位而言往往并不可行，原因在于:1)由于盐梯度太阳池只有在大面积应用中才有其实际意义，所以经济性能差；2)时间效率低，实际的盐梯度太阳池实验的周期很长；3)地理位置具有局限性，若采用实际的盐梯度太阳池进行实验，则其太阳能数据只能采用当地数据，不能够用于说明其他地理位置的情况。
[0004]综上所述，为了推进太阳能技术的快速发展，亟待提出一种可以有效模拟太阳能光热转换的经济性、时间效率高的实验方法，并且能够用于其它地理位置情况的实验测定。
【发明内容】
[0005]本发明针对以上问题，提出一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，针对所设定的地理位置和时间，较准确地模拟了盐梯度太阳池所吸收到的太阳辐射能，实现了盐梯度太阳池太阳能模拟实验的经济性、可行性、准确性、地理位置和实验设定时间可设定。
[0006]本发明的目的在于:
1)提供一种用于实验室内的模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，通过设定日期和时间，实现不同时间太阳辐射能的模拟；
2)提供一种用于实验室内的模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，通过设定地理位置(玮度和经度)，实现不同地理位置的太阳辐射能模拟。
[0007]下面结合图1说明本发明的具体实现方法:
如图1所示，一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，其特征在于，包括实验水槽1、盐水2、加热模块3、盐度传感器4、温度传感器5、电源6、显示终端7、PLC控制模块8、盐度反馈传输9、功率控制传输10、功率反馈传输11、温度反馈传输12 ；其中，实验水槽1为具有三层不同盐度分布的模拟盐梯度太阳池结构，即底层为浓盐水为主的储热层，储热层上层为盐度自下而上逐渐减小的盐梯度层，盐梯度层上层为淡水层即上对流层；各部分按照如下方式相互联系:
加热模块3中的加热电阻位于模拟盐梯度太阳池的储热层中，多个温度传感器5和多个盐度传感器4分别竖直置于实验水槽1中，温度和盐度测定数据分别通过数据传输线反馈给？仏控制模块8，电源线上的功率测定数据通过数据线反馈给？仏控制模块8，？10控制模块8具有控制线与电源6相连，？10控制模块8具有数据线与显示终端7连接。
[0008]进一步，结合图2说明加热模块控制的具体实现方法:
步骤一，确定盐水浊度、地理位置(玮度和经度\加热模块在水中所处于的深度、设定的模拟日期和时间；
步骤二，根据步骤一的数据计算所得的太阳辐射透射率；
步骤三，根据步骤一的数据计算设定的日期和时间到达水平地表面的太阳辐射强度量；
步骤四，计算设定时间情况下到达加热模块所处深度处的太阳辐射能；
步骤五，根据第四步计算结果，通过控制所需的加热功率并输出相应的功率。
[0009]进一步，结合图2说明？仏控制系统暂停加热模块的程序具体实现方法，通过如下步骤实现:
步骤一，根据盐度测点反馈值，计算保持系统稳定性的最高临界温度；
步骤二，将上一步骤中所计算的保持系统稳定性的最高临界温度与温度测点反馈值比较，如果温度测点温度等于或高于保持系统稳定性的最高临界温度，则通过控制电源暂停加热，直至温度测点反馈值低于保持系统稳定性的最高临界温度一定值，方可重新开始加热。
[0010]此外，在具有热量提取的系统中，？10控制系统暂停加热模块程序的启动可以由开启热量提取系统来保证系统的稳定性。
[0011]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1)实验所设定的太阳辐射的日期和时间不受当地季节和时间的限制，可以灵活设定；
2)实验所设定的太阳辐射的地理玮度不受当地玮度的限制，可以根据实验需要灵活设定；
3)具有系统稳定性监控功能，当系统温度达到临界温度附近，暂停模拟加热，保证系统的稳定工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1系统结构示意图。
[0013]图2加热和暂停控制方法示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合图1和图2说明本发明的一种具体实施方法: 如图1所示，一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，其特征在于，包括实验水槽1、盐水2、加热模块3、盐度传感器4、温度传感器5、电源6、显示终端7、？！^控制模块8、盐度反馈传输9、功率控制传输10、功率反馈传输11、温度反馈传输12 ；其中，实验水槽1为具有三层不同盐度分布的模拟盐梯度太阳池结构，即底层为浓盐水为主的储热层，储热层上层为盐度自下而上逐渐减小的盐梯度层，盐梯度层上层为淡水层即上对流层；各部分按照如下方式相互联系:
加热模块3中的加热电阻位于模拟盐梯度太阳池的储热层中，多个温度传感器5和多个盐度传感器4分别竖直置于实验水槽1中，温度和盐度测定数据分别通过数据传输线反馈给？仏控制模块8，电源线上的功率测定数据通过数据线反馈给？仏控制模块8，？10控制模块8具有控制线与电源6相连，？10控制模块8具有数据线与显示终端7连接。
[0015]进一步，结合图2说明？冗对加热模块的控制的具体实现方法:
步骤一，确定盐水浊度、地理位置(玮度和经度\加热模块在水中所处于的深度、设定的模拟日期和时间；
步骤二，根据步骤一的数据计算所得的太阳辐射透射率；
力⑶=只6— 112
其中，力匕)为加热电阻所处深度的太阳辐射透射率^为加热电阻所处的深度，"为水的浊度；
步骤三，根据步骤一的数据计算设定的日期和时间到达水平地表面的太阳辐射强度量；
/=( ^-/24) X (,3+/7 008 (^) X (008) / (8111 ?^?3~ (^)
其中，I为地表水平面上接受到的太阳辐射强度，1/；！！2； 3，^与气候和植物生长相关的修正系数，根据我国气象资料，适用于我国大多数地区的值为:3=0.248，^0.752 ； &和—分别为时角和日落时角(弧度)，该值可由设定的地理玮度计算得到:(^^,=81-0008(-1:811 5) ,0为玮度；
步骤四，计算设定时间情况下到达加热模块所处深度处的太阳辐射能；
房(1-/^ X力⑶XI
其中，/被水面表层所吸收的比例；
步骤五，根据第四步计算结果，通过控制所需的加热功率并输出相应的功率。
[0016]进一步，结合图2说明？冗控制系统暂停加热模块程序，通过如下步骤实现: 步骤一，根据盐度测点反馈值，计算保持系统稳定性的最高临界温度；
当实验水槽中水的底面和表面温度和盐度随深度的变化满足下式条件为稳定的状况:
0 X ((11:/(1?)多 3 X ((18/(1?)
其中，〃是盐水的热膨胀系数，卢是盐膨胀系数；5为盐度；七为实验水槽中盐水上下层的温度差，由此求出的下层温度为最高临界温度；
步骤二，将(步骤一)所计算的保持系统稳定性的最高临界温度与温度测点反馈值比较，如果温度测点温度等于或高于保持系统稳定性的最高临界温度，则通过控制电源暂停加热，直至温度测点反馈值低于保持系统稳定性的最高临界温度一定值，方可重新开始加热。
[0017]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，其特征在于，包括实验水槽、盐水、加热模块、盐度传感器、温度传感器、电源、显示终端、PLC控制模块、盐度反馈传输、功率控制传输、功率反馈传输、温度反馈传输；其中，实验水槽为具有三层不同盐度分布的模拟盐梯度太阳池结构，即底层为浓盐水为主的储热层，储热层上层为盐度自下而上逐渐减小的盐梯度层，盐梯度层上层为淡水层即上对流层；各部分按照如下方式相互联系， 加热模块中的加热电阻位于模拟盐梯度太阳池的储热层中，多个温度传感器和多个盐度传感器分别竖直置于模拟盐梯度太阳池中，温度和盐度测定数据分别通过数据传输线反馈给PLC控制模块，电源线上的功率测定数据通过数据线反馈给PLC控制模块，PLC控制模块具有控制线与电源相连，PLC控制模块具有数据线与显示终端连接。
2.根据权利要求1，PLC对加热模块的控制通过如下步骤实现: 步骤一，确定盐水浊度、地理位置(玮度和经度)、加热模块在水中所处于的深度、设定的模拟日期和时间； 步骤二，根据步骤一的数据计算加热电阻所处深度位置的太阳辐射透射率； 步骤三，根据步骤一的数据计算在设定的日期和时间到达地表水平面上的太阳辐射强度； 步骤四，计算设定时间情况下到达加热模块所处深度位置的太阳辐射能； 步骤五，根据第四步计算结果，通过PLC控制所需的加热功率并输出相应的功率。
3.根据权利要求1，PLC控制系统暂停加热程序，按如下步骤实现: 步骤一，根据盐度测点反馈值，计算保持系统稳定性所允许的最高临界温度； 步骤二，将上步计算得到的保持系统稳定性的最高临界温度与温度测点反馈值比较，如果温度测点温度等于或高于保持系统稳定性的最高临界温度，则通过PLC控制电源暂停加热，直至温度测点反馈值低于保持系统稳定性的最高临界温度一定值，重新开始加热，即重新启动权利要求2中的步骤。
【文档编号】G09B25/00GK104464480SQ201410651849
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】王 华, 李科, 邹家宁, 王红星, 杨波 申请人:河南理工大学