一种具有自动除雪功能的太阳能集热装置及其控制方法与流程

本发明涉及太阳能设备技术领域，具体涉及一种具有自动除雪功能的太阳能集热装置及其控制方法。

背景技术：

由于太阳能集热装置安装简便、使用便捷，且我国大部分地区光照充足，太阳能集热装置广泛地应用于人们的日常生活中。在我国北方大部分地区，冬季温度较低，太阳能集热装置无法正常使用，即使是冬季天晴时，由于冰雪覆盖，仍不能正常使用。

技术实现要素：

有鉴于此，提供一种具有自动除雪功能的太阳能集热装置及其控制方法，使太阳能集热装置具有自动除雪功能，控制方法更加简单、便捷，易于实现。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种具有自动除雪功能的太阳能集热装置，包括保温水箱组件、阵列式集热装置组件和控制模块，所述保温水箱组件具有连接至一个供水系统的进水管和连接至所述阵列式集热装置组件的循环水管道和保温水箱，所述保温水箱与所述循环水管道之间安装有集热泵，所述阵列式集热装置组件的集热器内设有光传感器，所述控制模块包括控制器、室外温度传感器和室外光传感器，所述控制器与所述集热器内光传感器、所述室外温度传感器和所述室外光传感器分别连接，在所述室外温度传感器探测到室外温度低于预定温度以及所述集热器内光传感器探测的光照度值低于预设值时，开启所述集热泵，使所述保温水箱内的热水回流至所述阵列式集热装置组件。

进一步地，所述保温水箱组件还包括设于保温水箱内部的箱内温度传感器、水位传感器和电加热管。

进一步地，所述阵列式集热装置组件包括至少一组集热器和两个所述集热器内光传感器，单组所述集热器时，所述集热器首尾部位均安装有一个所述集热器内光传感器，多组所述集热器时，首尾两个所述集热器内均安装有一个所述集热器内光传感器，所述循环水管道包括集热器主管和集热器支管，每组所述集热器至少具有7支所述集热器支管和两支所述集热器主管，每组中的各个所述集热器支管的两端分别连通至对应组的两支所述集热器主管，所述集热器主管分别连通至对应的所述循环水管道或者多组中部分所述集热器主管分别连通到对应一个所述集热器主管并经该对应的所述集热器主管连通至所述循环水管道，每组集热器内设有集热翅片。

进一步地，所述室外温度传感器将室外温度值传送至所述控制器，所述室外光传感器与所述集热器内光传感器将光照度值传送至所述控制器，所述控制器包括光照度比对模块和温度比对模块，所述光照度比对模块和温度比对模块通过判断所述光照度值和所述温度值，所述控制模块还包括集热泵启动模块，达到启动条件时，所述集热泵启动模块控制所述集热泵开启，使所述保温水箱内的热水回流至所述阵列式集热装置组件。

进一步地，所述控制器设定除雪功能启动温度值、第一室外光照度预设值和第二室外光照度预设值、及温度允许误差值和光照度允许误差值，所述控制器读取所述室外温度传感器、所述室外光传感器和所述集热器内光传感器的探测值，并根据所述探测值判断所述集热器的工作环境及工作状态。

进一步地，所述进水管口安装有进水电磁阀，所述进水电磁阀与所述控制器连接并受所述控制器控制。

进一步地，所述集热器通过支架支撑，使其朝向日照强的方向，所述集热器上方设有玻璃盖板，所述集热器主管、所述集热器支管采用紫铜管，所述集热器翅片采用铝翅片，所述集热器翅片表面有涂层，所述涂层为阳极氧化膜层或镀黑铬膜层。

以及，一种太阳能自动除雪的控制方法，其采用如上所述的具有自动除雪功能的太阳能集热装置，所述控制方法包括如下步骤：

步骤s01，通过室外温度传感器探测室外温度，判断室外温度值是否低于预设温度值，若室外温度高于预设温度值时，保持太阳能集热装置正常工作；若室外温度低于预设温度值时，转至步骤s02；

步骤s02，通过所述室外光照度传感器探测室外光照度值，判断所述室外光照度传感器探测的光照度值，若室外光照度值小于第一室外预设值，判定此时为夜间，保持太阳能集热装置正常工作；若室外光照度值高于第二室外预设值，判定室外为晴天且有阳光，保持太阳能集热装置正常工作；若室外光照度值介于所述第一室外预设值与第二室外预设值时，判定室外为阴天无阳光，转至步骤s03；

步骤s03，通过所述阵列式集热装置内的集热器内光传感器探测集热装置内的光照度，判断所述集热器内光传感器探测的光照度值是否小于预设光照度值，在所述集热器内光传感器探测的光照度值高于预设光照度值时，保持太阳能集热装置正常工作；若所述集热器内光传感器探测的光照度值低于预设光照度值时，转至步骤s04；

步骤s04，所述控制模块进入除雪程序，开启所述集热泵，使所述保温水箱内的热水回流至所述阵列式集热装置组件。

进一步地，所述除雪程序包括除雪准备过程，所述除雪准备过程包括如下步骤：

步骤s101，通过所述保温水箱内的水位传感器监测水位，判断所述保温水箱内的水位是否大于20%，若所述保温水箱内水位小于20%，转至步骤s102；若所述保温水箱内水位大于20%，转至步骤s103；

步骤s102，启动所述保温水箱进水管口电磁阀，为所述保温水箱补水；

步骤s103，通过所述保温水箱内的所述箱内温度传感器探测箱内温度，判断所述保温水箱内的温度是否大于等于45℃，若所述保温水箱内的温度小于45℃，转至步骤s104；若所述保温水箱内的温度大于等于45℃，转至步骤s105；

步骤s104，启动所述保温水箱内的电加热管加热；

步骤s105，所述控制模块进入除雪工作程序。

进一步地，所述太阳能集热装置的除雪工作程序包括如下步骤：

步骤s201，在完成除雪准备过程后，启动所述集热泵，使所述保温水箱内的热水回流至所述集热器，使集热器上覆盖的雪融化后去除；

步骤s202，在所述保温水箱内的热水回流至所述集热器期间，通过所述保温水箱内的所述箱内温度传感器监测箱内温度，若所述保温水箱内的温度小于45℃，启动所述保温水箱内的电加热管加热水温到45℃或45℃以上；

步骤s203，在所述保温水箱内的热水回流至所述集热器期间，通过所述集热器内光传感器监测集热器内光照度值，当所述集热器内光传感器探测的光照度值与所述室外光传感器探测的光照度值在允许的误差值之内时，关闭所述集热泵，所述控制模块退出所述除雪工作程序，进入集热工作状态，否则维持步骤s201。

上述具有自动除雪功能的太阳能集热装置中，当所述室外温度传感器探测的温度值低于预设的温度值，判定室外为冬季时，通过对所述集热器内光传感器探测的光照度值和所述室外光传感器探测的光照度值比较判断，当判定室外为阴天，且所述集热器内光传感器探测的光照度值低于所述室外光传感器探测的光照度值时，所述控制模块判定所述阵列式集热装置被冰雪覆盖，启动所述集热泵，使所述保温水箱内的热水回流至所述集热器的集热管内，释放热量，使所述集热器上的冰雪融化，该方法简便，易于实现。

附图说明

图1是本发明实施例具有自动除雪功能的太阳能集热装置的结构示意图；

图2是本发明实施例具有自动除雪功能的太阳能集热装置的逻辑结构图；

图3是本发明实施例太阳能自动除雪控制方法的工作状态迁移流程图；

图4是本发明实施例太阳能自动除雪控制方法的除雪准备工作状态流程图；

图5是本发明实施例太阳能自动除雪控制方法的除雪工作状态流程图。

具体实施方式

本实施例以太阳能集热器为例，以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。

请参阅图1和图2，示出本发明实施例提供的一种具有自动除雪功能的太阳能集热装置100，包括保温水箱组件10、阵列式集热装置组件20和控制模块30，所述保温水箱组件10具有连接至一个供水系统的进水管12和连接至所述阵列式集热装置组件20的循环水管道23和保温水箱11，所述保温水箱11与所述循环水管道23之间安装有集热泵14，所述阵列式集热装置组件20内设有集热器内光传感器22，所述控制模块30包括控制器31、室外温度传感器32和室外光传感器33，所述控制器31与所述集热器内光传感器22、所述室外温度传感器32和所述室外光传感器33连接，在所述室外温度传感器32探测到室外温度低于预定温度且所述集热器内光传感器22探测的光照度值低于预设值时，开启所述集热泵14，使所述保温水箱11内的热水回流至所述阵列式集热装置组件20。

进一步地，所述阵列式集热装置组件20包括至少一组集热器21和两个所述集热器内光传感器22，当所述阵列式集热装置组件20仅有一组所述集热器21时，所述集热器21首尾部位均安装有一个所述集热器内光传感器22，当所述阵列式集热装置组件20设有多组所述集热器21时，位于首尾的两个所述集热器21各安装有一个所述集热器内光传感器22。每组所述集热器21至少具有7支所述集热器支管232和两支所述集热器主管231，每组中的各个所述集热器支管232的两端分别连通至对应组的两支所述集热器主管231，所述集热器主管231分别连通至对应的所述循环水管道23或者多组中部分所述集热器主管231分别连通到对应一个所述集热器主管231并经该对应的所述集热器主管231连通至所述循环水管道23，每组集热器21内设有集热翅片。

关于所述集热器内光传感器22的安装数量和安装位置，需要考虑所述集热器21的具体安装位置和安装环境。例如，在大面积设置所述集热器21时，部分所述集热器21可能会被其他高层建筑物遮挡，或者受风力影响，部分所述集热器21被积雪覆盖，另一部分则未被积雪覆盖或已融化，这些情况都会导致安装在不同位置的所述集热器内光传感器22探测的光照度值不同。因此，通常在首尾所述集热器21内各安装一个所述集热器内光传感器22，只要任一所述集热器内光传感器22探测的光照度值低于所述室外光传感器33探测的光照度值，即可启动除雪程序。

进一步地，所述集热器内光传感器22的安装个数越多，所述控制器31对所述集热器21的工作环境和工作状态掌握越精确，但是所述集热器内光传感器22的安装个数为三个或以上时，所述控制器31的运算和控制成本会大幅提高，从而增加所述太阳能集热装置100的成本。

本实施例经过实践验证后，对于日产20吨热水的所述太阳能集热装置100，优选为安装一个所述集热器内光传感器22即可。

进一步地，所述集热器21通过支架支撑，使其朝向日照强的方向，所述集热器21上方设有玻璃盖板，所述集热器主管231、所述集热器支管232采用紫铜管，所述集热翅片采用铝翅片，所述集热器翅片表面有涂层，所述涂层为阳极氧化膜层或镀黑铬膜层。

当所述太阳能集热装置100处于正常工作状态时，所述集热器21在阳光的照射下，所述集热翅片吸收太阳光的热辐射能，使所述集热器支管232内的水温升高，被加热的水温高于所述保温水箱11内水温预定值时，向所述集热器支管232上部流动，经所述集热器主管231流入所述循环水管道23，所述循环水管道23内的热水注入所述保温水箱11，所述保温水箱11内的冷水则流入所述循环水管道23，所述循环水管道23内的冷水补充注入所述集热器主管231，所述集热器主管231内的冷水补充注入所述集热器支管232内，形成温差水流循环。

进一步地，在室外设有所述室外温度传感器32和所述室外光传感器33，所述室外温度传感器32、所述室外光传感器33和设于所述集热器21内的所述集热器内光传感器22均连接至所述控制器31。所述控制器31设定除雪功能启动温度值为5℃，在所述室外温度传感器32探测温度值小于5℃时，判定为冬季。所述控制器31探测所述室外光传感器33的光照度值，所述室外光传感器33的光照度值低于第一室外预设值时，判定为夜间，所述太阳能集热装置100正常工作；所述室外光传感器33的光照度值高于第二室外预设值时，判定室外为晴天且有阳光，所述太阳能集热装置100正常工作；所述室外光传感器33的光照度值介于所述第一室外预设值与所述第二室外预设值之间时，判定室外为阴天无阳光。所述控制器31探测所述集热器内光传感器22的光照度值，所述集热器内光传感器22探测的光照度值小于预设光照度值时，所述控制器31判定所述阵列式集热装置被积雪覆盖，启动除雪程序。

设定的第一室外预设值为10000lux，第二室外预设值为50000lux。

进一步地，所述保温水箱组件10还包括所述设于保温水箱11内部的所述箱内温度传感器17、水位传感器18和电加热管16，所述进水管12管口安装有进水电磁阀15，所述进水电磁阀15与所述控制器31连接并受所述控制器31控制。所述控制器31通过所述水位传感器18探测所述保温水箱11内的水位，当所述保温水箱11内的水位低于20%时，启动所述进水电磁阀15，为所述保温水箱11补水；所述控制器31通过所述箱内温度传感器17探测所述保温水箱11内的水温，当所述保温水箱11内水位低于45℃时，启动所述电加热管16加热。

所述控制器31启动所述集热泵14，使所述保温水箱11内的热水经所述循环水管道23回流至所述集热器21，所述集热器支管232将热水的热量传送至所述集热翅片，所述集热器翅片所获得的热量与所述玻璃盖板之间空气换热，使所述玻璃盖板内外部换热，使所述玻璃盖板上的积雪吸热而融化。经换热而冷却后的水在所述集热泵14的压力推动下，回流至所述保温水箱11，所述保温水箱11内水温仍高于或等于45℃时，继续经所述循环水管道23回流至所述集热器21，若低于45℃时，则经所述电加热管16加热后，再由所述集热泵14注入所述循环水管道23，直至所述集热器21上的积雪全部融化。所述控制器31监测所述集热器内光传感器22探测的光照度值与所述室外光传感器33探测的光照度值一致时，所述控制器31退出除雪程序，进入正常工作状态。

在除雪程序中，由于所述集热器21上覆盖有所述玻璃盖板，受玻璃透光率以及室外灰尘等环境条件的影响，所述控制器31通过所述集热器内光传感器22监测的光照度值通常与实际的光照度值之间存在误差，所述太阳能集热装置100的误差值可以根据外界环境的变化进行设置，通常设定在5%至10%之间。

例如，在所述控制器31中设置误差值为5%，若所述集热器内光传感器22探测到的光照度值与所述室外光传感器33探测到的光照度值相比，所述集热器内光传感器22探测到的光照度值与所述室外光传感器33探测到的光照度值之间的差值低于或等于所述室外光传感器33探测到的光照度值的5%，则认为所述集热器21接收的光照与室外光照度一致，已完成除雪；若所述集热器内光传感器22探测到的光照度值与所述室外光传感器33探测到的光照度值之间的差值高于所述室外光传感器33探测到的光照度值的5%，则认为所述集热器21接收的光照低于室外光照度，除雪未完成。

在本实施例中提到的光照度一致或温度一致，是指在误差值在设定的允许范围内。例如，光照度值的误差值在5%至10%之间，温度值的误差值在2%至5%之间。

请参阅图3、图4和图5，示出本发明实施例提供的一种太阳能自动除雪的控制方法，其采用上述的具有自动除雪功能的太阳能集热装置100，所述控制方法包括如下步骤：

步骤s01，通过室外温度传感器32探测室外温度，判断室外温度值是否低于预设温度值，若室外温度高于预设温度值时，保持太阳能集热装置100正常工作；若室外温度低于预设温度值时，转至步骤s02；

步骤s02，通过所述室外光照度传感器探测室外光照度值，判断所述室外光照度传感器探测的光照度值，若室外光照度值低于第一室外预设值，判定此时为夜间，保持太阳能集热装置100正常工作；若室外光照度值高于第二室外预设值，判定室外为晴天且有阳光，保持太阳能集热装置100正常工作；若室外光照度值介于所述第一室外预设值与所述第二室外预设值之间时，判定室外为阴天无阳光，转至步骤s03；

步骤s03，通过所述阵列式集热装置内的集热器内光传感器22探测集热装置内的光照度，判断所述集热器内光传感器22探测的光照度值是否小于预设光照度值，在所述集热器内光传感器22探测的光照度值高于预设光照度值时，保持太阳能集热装置100正常工作；若所述集热器内光传感器22探测的光照度值小于预设光照度值时，转至步骤s04；

步骤s04，所述控制模块30进入除雪程序，开启所述集热泵，使所述保温水箱内的热水回流至所述阵列式集热装置组件。

进一步地，如图5所示，所述除雪程序包括除雪准备过程，所述除雪准备过程包括如下步骤：

步骤s101，通过所述保温水箱11内的水位传感器18监测水位，判断所述保温水箱11内的水位是否大于20%，若所述保温水箱11内水位小于20%，转至步骤s102；若所述保温水箱11内水位大于20%，转至步骤s103；

步骤s102，启动所述保温水箱11进水管12电磁阀，为所述保温水箱11补水；

步骤s103，通过所述保温水箱11内的所述箱内温度传感器17探测箱内温度，判断所述保温水箱11内的温度是否大于等于45℃，若所述保温水箱11内的温度小于45℃，转至步骤s104；若所述保温水箱11内的温度大于等于45℃，转至步骤s105；

步骤s104，启动所述保温水箱11内的电加热管16加热；

步骤s105，所述控制模块30进入除雪工作程序。

进一步地，如图5所示，所述太阳能集热装置100的除雪工作程序包括如下步骤：

步骤s201，在完成除雪准备过程后，启动所述集热泵14，使保温水箱11内的热水回流至所述集热器21，使集热器21上覆盖的雪融化后去除；

步骤s202，在所述保温水箱11内的热水回流至所述集热器21期间，通过所述保温水箱11内的所述箱内温度传感器17监测箱内温度，若所述保温水箱11内的温度小于45℃，启动所述保温水箱11内的电加热管16；若所述保温水箱11内的温度大于等于45℃，转至步骤s202；

步骤s203，在所述保温水箱11内的热水回流至所述集热器21期间，通过所述集热器内光传感器22监测集热器21内光照度值，当所述集热器内光传感器22探测的光照度值与所述室外光传感器33探测的光照度值在允许的误差值之内时，关闭所述集热泵14，所述控制模块30退出所述除雪工作程序，进入集热工作状态，否则维持除雪工作程序。

上述具有自动除雪功能的太阳能集热装置100中，所述控制器31通过对所述室外温度传感器32、所述室外光传感器33、所述集热器内光传感器22探测的温度值和光照度值进行分析比较，可以判定室外的天气状态，当所述控制模块30判定所述阵列式集热装置被冰雪覆盖时，启动所述集热泵14，使所述保温水箱11内的热水回流至所述集热器21的集热管内，释放热量，使所述集热器21上的冰雪融化。该方法简便，易于实现。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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。