一、前言

控制系统是太阳能集中热水工程的核心组成部分，直接影响着太阳能热水工程后期运行的稳定性，影响到太阳能热水工程的节能效果。随着国内公共建筑屋顶太阳能热水工程的普及，大量粗放、低端的控制系统也得以蔓延，导致很多太阳能热水工程并没有达到预期的节能效果。本文通过对南京市第一医院太阳能热水工程高精度智能化控制系统与常规低端控制系统的优劣分析，说明太阳能热水工程采用高精度智能化控制系统的重要性和必要性。

二、低端控制系统中存在的普遍问题

太阳能热水工程受到阴雨天气的影响，因此在项目设计、建设和运行阶段，需要配置辅助热源，并通过控制系统对整套设备进行控制管理。但目前大部分太阳能控制系统存在以下普遍问题：

1.加热方式控制粗放，未能实现太阳能系统的最大化利用

太阳能控制系统对辅助加热设备不合理控制，未实现优先利用太阳能，导致太阳能无法最大化利用。如：常规控制系统控制方式为，当水位低于满水位，冷水自动补水，直至水箱水满；当水箱温度低于设定温度，辅助热源立即启动，保证水箱水温始终为设定温度。通过以上控制方式，可能导致冷水补满水箱，然后辅助热源立即把水加热，未考虑太阳能的利用情况，最终的结果是太阳能只能从设定温度开始加热，太阳能起不到相应的作用。

2.水箱水位控制粗放，未合理利用太阳能

目前，很多太阳能控制系统的水位按照20%、40%、60%、80%、100%等5个档位界定，不能精确根据用户用水情况进行水位控制，如，系统配置10吨的水箱，根据统计，晚上用水量为6.5吨，但系统按照80%的水位进行热水制备，则系统默认为加热8吨热水，剩余的热水在夜里降温，将造成热量的浪费。

三、我院太阳能工程控制系统解决方案

鉴于市场上大部分太阳能控制系统中存在的问题，我院在招标和建设过程中，要求供应厂家对太阳能热水工程控制系统的逻辑控制程序进行全面升级，优化加热方式和水箱水位控制方式，配置高精度的压力传感器和西门子PLC控制芯片，采用高精度智能化控制系统，以解决低端控制系统不能实现系统最大化利用太阳能的弊端，从而达到最优的节能效果。

1.系统运行原理图

南京市第一医院太阳能系统原理图

2.系统关键点控制方式

（1）冷水补水电动阀控制：

①低水位保护控制：当太阳能水箱水位S＜S1（最低水位下限）时，冷水电动阀开启，当太阳能水箱水位S≥S2（最低保持水位）时关闭。

②分时段水位保持：系统根据用户的用水规律设置3个用水高峰供水时段，每个高峰时段对应可设置一个高峰时段要保持的水位S3（时段设置水位），在该时段内，当太阳能水箱水位S＜S3（时段设置水位）时，冷水电动阀开启，当太阳能水箱水位S≥S3（时段设置水位）时，冷水电动阀关闭。

③全天候满足供应热水：当太阳能水箱水位S≥S2（最低保持水位）， S＜S3（时段设置水位）时，且T2（水箱温度）≥62℃（太阳能水箱设置温度+2℃）时，冷水电动阀开启，当太阳能水箱水位S≥S2（最低保持水位），S＜S3（时段设置水位）时，且T2（水箱温度）≤60℃（太阳能水箱设置温度，可调）时，冷水电动阀关闭，等待系统加热水箱，系统重复此过程，直至S≥S3（时段设置水位）时，冷水电动阀关闭，系统不再补水。

（2）蒸汽辅助热源的控制（按需自动开启和闭合辅助热源）：

①辅助热源启动控制：在当前时段保持水位的情况下，当热水供水温度低于设定温度，蒸汽辅助热源自动启动。

②辅助热源停止控制：在当前时段保持水位的情况下，当热水供水温度达到设定温度，蒸汽辅助热源自动停止运行。

南京市第一医院控制系统外观及界面

四、高精度智能化控制系统的特点

（1）通过高精度的水位控制，保证按需补水，而不是始终补满水，从而保证每天尽量把太阳能加热的水箱热水用完，从而保证最大化利用太阳能。

（2）系统可实现辅助热源按需启动，用多少水，辅助热源加热多少水，按需启动，按需加热，最大限度节约辅助热源，从而提高太阳能的利用率。

五、关于太阳能控制系统实际运用的一些思考

控制系统是太阳能热水工程的神经中枢，从根本上决定着系统的太阳能利用效率和节能效果。因此，在选用太阳能热水工程控制系统时，需要充分考虑用户的实际用水特点，科学设计控制系统的加热控制方式，并选用高精度数据采集元件，编制科学合理的逻辑程序，实现稳定、安全、高效的控制目的，从而达到最优化的节能效果。

为了确保太阳能热水工程在实际使用中能够达到预期的设计效果，建议把太阳能系统的控制与互联网技术结合起来，建立综合的能源计量和监测平台，对太阳能系统的产热量、节能量、运行电量、辅助能源消耗量、用水量等数据进行长期的跟踪计量，并依此数据为依据，对系统的运行成本、节能效果、减排降耗、节约费用等方面进行综合评价，从而进一步对系统的控制进行修正和调整，最终保证太阳能热水工程在实际使用过程中，切实起到节能减排降耗的作用。