太阳能建筑一体化热水硕士学位论文

3.4太阳能热水系统节能效益的分析 ......................................... 22 3.5本章小结 ............................................................. 23 第四章 太阳能热水总控制系统的设计 ........................................ 24 4.1集热控制系统的功能 ................................................... 24 4.2控制系统的硬件结构 ................................................... 25 4.2.1 PLC及设备选型 ..................................................... 25 4.2.2系统控制框图 ....................................................... 26 4.2.3 I/O端口分配 ....................................................... 27 4.2.3 温度信号采集 ....................................................... 28 4.3控制系统的软件设计 ................................................... 30 4.3.1 流程图设计 ......................................................... 30 4.3.2 梯形图设计 ......................................................... 33 4.4系统运行分析 ......................................................... 34 4.5 PLC与单片机通信 ..................................................... 34 4.5本章小结 ............................................................. 35 第五章 太阳能热水分户控制器的设计 ........................................ 36 5.1分户控制器系统功能 ................................................... 36 5.2分户控制器硬件设计 ................................................... 37 5.2.1 分户控制器的总体结构 ............................................... 37 5.2.2 分户控制器的主控电路原理与结构 ..................................... 39 5.2.3 各部分电路原理与结构 ............................................... 41 5.3分户控制器软件设计 ................................................... 47 5.4实验与显示 ........................................................... 56 5.4本章小结 ............................................................. 57 第六章 总结 .............................................................. 58 参考文献 ................................................................. 59 致谢 ..................................................... 错误！未定义书签。 攻读学位期间发表的学术论文 ............................................... 63

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第一章 绪 论

1.1 研究太阳能的背景和意义

1.1.1开发利用太阳能的必要性

煤炭、石油等传统化石能源是人们生活能源的主要来源，但作为一次性消耗能源，它们日益枯竭，与此同时，新的替代能源及其生产体系还未建立。因此，能源缺乏这一问题日益凸显，并且已经影响到了我国国民经济的持续发展和工农业的正常生产；另一方面，全球气候持续变暖，生态环境逐步恶化，世界各国经济发展和环境问题正面临严峻考验，节能减排这一问题已成为许多国家关心的头等大事。如何开发和利用新的可再生能源已成为世界各国共同关注的话题。

能源作为世界经济增长的动力，其重要性直接影响到人类社会发展的进程。在工业化时代，经济的增长和能源的消耗呈现近似的线性关系。国际能源机构(International Energy Agency--IEA)对世界能源的预测表明，在未来30年内，世界各国对能源的需求总量将会增加到1倍左右，而能源却日益缺少，将会严重影响到能源的正常供给，而中国作为新的经济体，必将驱动全球能源需求。根据IEA估计，全球石油储备将在50年后枯竭，世界天然气储量将在70年内枯竭，世界原煤储量将在170年后枯竭，铀的年开采量可维持到2040年左右。图1-1是世界与中国常规能源的可开采情况。

无穷大世界2250年2200年2150年2100年约61年2050年2000年太阳能石油天然气煤铀约45年约15年约30年约81年约71年约50年中国约230年

图1-1 世界与中国常规能源的可开采情况 Fig1-1 world and China conventional energy of mining

对于中国这个发展中国家而言，能源开发问题更是不容忽视。我国可开发的能源其

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剩余可采储量的开采年限仅为129.7年，其中原煤为114.5年，石油为20.1年，天然气为49.3年。按照IEA的数据，在2009年中国已取代美国成为世界上最大的能源消费国。中国对能源的需求量在2010年到2035年间会上升75%，到2035年，中国占世界能源需求的比例将从目前的17%上升至22%。然而，我国的能源储备并不丰富，已探明的可开发能源总量超过8230亿吨标准煤，其中可开发剩余可采总储量为1392亿吨标准煤，约占世界总储量的10.1%。我国能源剩余可开采能源总储量的结构如图1-2所示。

图1-2 我国能源剩余可开采能源总储量结构图

Fig 1-2 China energy surplus recoverable reserves of energy total structure diagram

由于中国的人均能源消费水平很低，约为经合组织国家平均水平的三分之一左右，鉴于中国国内能源市场需求的庞大规模，通过规模经济效应有效降低技术成本，可以推动中国新型低碳能源技术的开发与研究。

中国经济的发展伴随着生态环境的日益恶化，我国的能源开发利用对生态环境造成的污染十分严重，政府非常重视开发和研究新能源和可再生能源，并已将开发新能源与可再生能源作为中国经济发展和能源利用的一个重要方面，纳入到国家经济与能源发展的基本政策和法规当中。并已先后制定和颁布了一系列关于开展新能源和可再生能源建设的政策性文件，大力地推动着这项事业的发展。《中华人民共和国可再生能源法》的出台，有力保障了行业的建设，为推广和使用可再生能源创造了有利条件。我国的可再生能源资源分布广泛，不管是近期还是远期，采用就近原则开发可再生能源、因地制宜，将是调整国内能源结构、增强能源使用安全、保护生态环境、实现社会可持续发展的重大战略选择。

由上述分析可知，新能源和可再生能源的开发利用是保障人类社会不断进步、人们赖以生存的地球的生态环境的健康发展的重要举措。采用新能源和可再生能源渐渐替代和减少常规能源的使用，社会走可持续发展道路的重大措施。

目前技术比较成熟的新能源有，太阳能、地热能、风能、生物质能等。而在众多的

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可再生能源中，最为理想的能源是太阳能。太阳能是一种可再生能源，取之不尽用之不竭，它与其他可再生能源相比，具有以下优点：

(1) 普遍性，太阳光普照大地无处不在，无论陆地、河流、海洋、高山都有阳光存在，不用开采运输，可以直接开发利用。

(2) 巨大性，太阳能的总量是世界上可以开发的最大能源，其每年到达地球表面的太阳辐射能约为1.3×1014t标煤。

(3) 长久性，太阳的寿命约为百亿年，地球的寿命约为几十亿年。因此，太阳能可保证长久的使用。

(4) 无害性，作为新能源其除了能供人们使用并且其开发利用不会污染环境。作为最清洁的能源之一，它对生态环境的影响意义非凡。

正是由于以上优点，开发利用太阳能已成为世界性的趋势，我国也正积极对太阳能进行开发利用。

1.1.2我国太阳能资源分布情况

我国土地幅员辽阔，太阳能的资源分布主要有以下特点。高值中心为青藏高原，低值中心为四川盆地；西部地区的太阳年辐射总量高于东部地区，除了新疆和西藏，基本上太阳辐射量是南部低于北部；南方大部分地区云雾雨较多，太阳能不随纬度的增加而减少，而是随纬度的增加而增加。全国按太阳能辐射量大小大致上可分为四类地区，图1-3是我国太阳能资源分布情况。

图1-3 我国太阳能资源分布图

Fig 1-3 China's solar energy resource distribution map

(1) 一类地区是我国太阳能资源最为丰富的地方，主要有甘肃、宁夏、西藏和新疆

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