一種模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明針對現(xiàn)有鹽梯度太陽池實(shí)驗(yàn)技術(shù)中所存在的實(shí)驗(yàn)周期長、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)時間都受當(dāng)?shù)氐乩砦恢煤图竟?jié)條件的限制的問題，提出一種模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法，主要包括包括實(shí)驗(yàn)水槽、鹽水、加熱模塊、鹽度傳感器、溫度傳感器、電源、顯示終端、PLC控制模塊、鹽度反饋傳輸、功率控制傳輸、功率反饋傳輸、溫度反饋傳輸部分。本發(fā)明能夠較準(zhǔn)確地模擬鹽梯度太陽池所吸收到的太陽輻射能，從而實(shí)現(xiàn)鹽梯度太陽池太陽能模擬實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性、可行性、準(zhǔn)確性、地理位置和實(shí)驗(yàn)設(shè)定時間可設(shè)定。
【專利說明】一種模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬太陽能光熱轉(zhuǎn)換的程序加熱實(shí)驗(yàn)方法，尤其涉及一種模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能熱利用屬于潔凈的可再生能源技術(shù)。隨著太陽能技術(shù)的發(fā)展，很多情況下需要進(jìn)行太陽能實(shí)驗(yàn)，但是太陽能實(shí)驗(yàn)若采用實(shí)際太陽光往往受天氣、時間、地理?xiàng)l件等因素的限制，周期較長，而且若地點(diǎn)固定了，太陽輻射的狀況也就固定了，即一個地理位置只能模擬當(dāng)?shù)氐奶柲芾们闆r，而無法實(shí)現(xiàn)對其他地理瑋度的情況的模擬。
[0003]在太陽能熱利用技術(shù)中，鹽梯度太陽池是一種集太陽能吸收和儲存為一體的太陽能熱利用技術(shù)，它是一種具有不同濃度結(jié)構(gòu)組成的鹽水池。鹽梯度太陽池主要由三層構(gòu)成，最下層為儲熱層，由濃鹽水構(gòu)成，中間層為鹽梯度層，鹽濃度從下而上依次降低，最上層為淡水層。太陽池中儲熱層中高濃度的鹽溶液及鹽梯度層中自下而上逐漸減小的鹽梯度，在重力的作用下，阻止了整個池子的自然對流過程，所以熱量不能夠以對流的方式散失到表面大氣中，只能以熱傳導(dǎo)的方式通過較厚的鹽梯度層傳遞到水表面，而導(dǎo)熱過程是相對緩慢的。這樣，到達(dá)儲熱層的太陽輻射被以熱的形式儲存下來。然而，采用實(shí)際的鹽梯度太陽池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對于科學(xué)研宄單位而言往往并不可行，原因在于:1)由于鹽梯度太陽池只有在大面積應(yīng)用中才有其實(shí)際意義，所以經(jīng)濟(jì)性能差；2)時間效率低，實(shí)際的鹽梯度太陽池實(shí)驗(yàn)的周期很長；3)地理位置具有局限性，若采用實(shí)際的鹽梯度太陽池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則其太陽能數(shù)據(jù)只能采用當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)，不能夠用于說明其他地理位置的情況。
[0004]綜上所述，為了推進(jìn)太陽能技術(shù)的快速發(fā)展，亟待提出一種可以有效模擬太陽能光熱轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)性、時間效率高的實(shí)驗(yàn)方法，并且能夠用于其它地理位置情況的實(shí)驗(yàn)測定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明針對以上問題，提出一種模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法，針對所設(shè)定的地理位置和時間，較準(zhǔn)確地模擬了鹽梯度太陽池所吸收到的太陽輻射能，實(shí)現(xiàn)了鹽梯度太陽池太陽能模擬實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性、可行性、準(zhǔn)確性、地理位置和實(shí)驗(yàn)設(shè)定時間可設(shè)定。
[0006]本發(fā)明的目的在于:
1)提供一種用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法，通過設(shè)定日期和時間，實(shí)現(xiàn)不同時間太陽輻射能的模擬；
2)提供一種用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法，通過設(shè)定地理位置(瑋度和經(jīng)度)，實(shí)現(xiàn)不同地理位置的太陽輻射能模擬。
[0007]下面結(jié)合圖1說明本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方法:
如圖1所示，一種模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括實(shí)驗(yàn)水槽1、鹽水2、加熱模塊3、鹽度傳感器4、溫度傳感器5、電源6、顯示終端7、PLC控制模塊8、鹽度反饋傳輸9、功率控制傳輸10、功率反饋傳輸11、溫度反饋傳輸12 ；其中，實(shí)驗(yàn)水槽1為具有三層不同鹽度分布的模擬鹽梯度太陽池結(jié)構(gòu)，即底層為濃鹽水為主的儲熱層，儲熱層上層為鹽度自下而上逐漸減小的鹽梯度層，鹽梯度層上層為淡水層即上對流層；各部分按照如下方式相互聯(lián)系:
加熱模塊3中的加熱電阻位于模擬鹽梯度太陽池的儲熱層中，多個溫度傳感器5和多個鹽度傳感器4分別豎直置于實(shí)驗(yàn)水槽1中，溫度和鹽度測定數(shù)據(jù)分別通過數(shù)據(jù)傳輸線反饋給？仏控制模塊8，電源線上的功率測定數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線反饋給？仏控制模塊8，？10控制模塊8具有控制線與電源6相連，？10控制模塊8具有數(shù)據(jù)線與顯示終端7連接。
[0008]進(jìn)一步，結(jié)合圖2說明加熱模塊控制的具體實(shí)現(xiàn)方法:
步驟一，確定鹽水濁度、地理位置(瑋度和經(jīng)度\加熱模塊在水中所處于的深度、設(shè)定的模擬日期和時間；
步驟二，根據(jù)步驟一的數(shù)據(jù)計算所得的太陽輻射透射率；
步驟三，根據(jù)步驟一的數(shù)據(jù)計算設(shè)定的日期和時間到達(dá)水平地表面的太陽輻射強(qiáng)度量；
步驟四，計算設(shè)定時間情況下到達(dá)加熱模塊所處深度處的太陽輻射能；
步驟五，根據(jù)第四步計算結(jié)果，通過控制所需的加熱功率并輸出相應(yīng)的功率。
[0009]進(jìn)一步，結(jié)合圖2說明？仏控制系統(tǒng)暫停加熱模塊的程序具體實(shí)現(xiàn)方法，通過如下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟一，根據(jù)鹽度測點(diǎn)反饋值，計算保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度；
步驟二，將上一步驟中所計算的保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度與溫度測點(diǎn)反饋值比較，如果溫度測點(diǎn)溫度等于或高于保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度，則通過控制電源暫停加熱，直至溫度測點(diǎn)反饋值低于保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度一定值，方可重新開始加熱。
[0010]此外，在具有熱量提取的系統(tǒng)中，？10控制系統(tǒng)暫停加熱模塊程序的啟動可以由開啟熱量提取系統(tǒng)來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的太陽輻射的日期和時間不受當(dāng)?shù)丶竟?jié)和時間的限制，可以靈活設(shè)定；
2)實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的太陽輻射的地理瑋度不受當(dāng)?shù)噩|度的限制，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要靈活設(shè)定；
3)具有系統(tǒng)穩(wěn)定性監(jiān)控功能，當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)到臨界溫度附近，暫停模擬加熱，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2加熱和暫?？刂品椒ㄊ疽鈭D。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合圖1和圖2說明本發(fā)明的一種具體實(shí)施方法: 如圖1所示，一種模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括實(shí)驗(yàn)水槽1、鹽水2、加熱模塊3、鹽度傳感器4、溫度傳感器5、電源6、顯示終端7、？！^控制模塊8、鹽度反饋傳輸9、功率控制傳輸10、功率反饋傳輸11、溫度反饋傳輸12 ；其中，實(shí)驗(yàn)水槽1為具有三層不同鹽度分布的模擬鹽梯度太陽池結(jié)構(gòu)，即底層為濃鹽水為主的儲熱層，儲熱層上層為鹽度自下而上逐漸減小的鹽梯度層，鹽梯度層上層為淡水層即上對流層；各部分按照如下方式相互聯(lián)系:
加熱模塊3中的加熱電阻位于模擬鹽梯度太陽池的儲熱層中，多個溫度傳感器5和多個鹽度傳感器4分別豎直置于實(shí)驗(yàn)水槽1中，溫度和鹽度測定數(shù)據(jù)分別通過數(shù)據(jù)傳輸線反饋給？仏控制模塊8，電源線上的功率測定數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線反饋給？仏控制模塊8，？10控制模塊8具有控制線與電源6相連，？10控制模塊8具有數(shù)據(jù)線與顯示終端7連接。
[0015]進(jìn)一步，結(jié)合圖2說明？冗對加熱模塊的控制的具體實(shí)現(xiàn)方法:
步驟一，確定鹽水濁度、地理位置(瑋度和經(jīng)度\加熱模塊在水中所處于的深度、設(shè)定的模擬日期和時間；
步驟二，根據(jù)步驟一的數(shù)據(jù)計算所得的太陽輻射透射率；
力⑶=只6— 112
其中，力匕)為加熱電阻所處深度的太陽輻射透射率^為加熱電阻所處的深度，"為水的濁度；
步驟三，根據(jù)步驟一的數(shù)據(jù)計算設(shè)定的日期和時間到達(dá)水平地表面的太陽輻射強(qiáng)度量；
/=( ^-/24) X (,3+/7 008 (^) X (008) / (8111 ?^?3~ (^)
其中，I為地表水平面上接受到的太陽輻射強(qiáng)度，1/；?。?； 3，^與氣候和植物生長相關(guān)的修正系數(shù)，根據(jù)我國氣象資料，適用于我國大多數(shù)地區(qū)的值為:3=0.248，^0.752 ； &和—分別為時角和日落時角(弧度)，該值可由設(shè)定的地理瑋度計算得到:(^^,=81-0008(-1:811 5) ,0為瑋度；
步驟四，計算設(shè)定時間情況下到達(dá)加熱模塊所處深度處的太陽輻射能；
房(1-/^ X力⑶XI
其中，/被水面表層所吸收的比例；
步驟五，根據(jù)第四步計算結(jié)果，通過控制所需的加熱功率并輸出相應(yīng)的功率。
[0016]進(jìn)一步，結(jié)合圖2說明？冗控制系統(tǒng)暫停加熱模塊程序，通過如下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一，根據(jù)鹽度測點(diǎn)反饋值，計算保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度；
當(dāng)實(shí)驗(yàn)水槽中水的底面和表面溫度和鹽度隨深度的變化滿足下式條件為穩(wěn)定的狀況:
0 X ((11:/(1?)多 3 X ((18/(1?)
其中，〃是鹽水的熱膨脹系數(shù)，盧是鹽膨脹系數(shù)；5為鹽度；七為實(shí)驗(yàn)水槽中鹽水上下層的溫度差，由此求出的下層溫度為最高臨界溫度；
步驟二，將(步驟一)所計算的保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度與溫度測點(diǎn)反饋值比較，如果溫度測點(diǎn)溫度等于或高于保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度，則通過控制電源暫停加熱，直至溫度測點(diǎn)反饋值低于保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度一定值，方可重新開始加熱。
[0017]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬太陽能加熱鹽梯度太陽池的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括實(shí)驗(yàn)水槽、鹽水、加熱模塊、鹽度傳感器、溫度傳感器、電源、顯示終端、PLC控制模塊、鹽度反饋傳輸、功率控制傳輸、功率反饋傳輸、溫度反饋傳輸；其中，實(shí)驗(yàn)水槽為具有三層不同鹽度分布的模擬鹽梯度太陽池結(jié)構(gòu)，即底層為濃鹽水為主的儲熱層，儲熱層上層為鹽度自下而上逐漸減小的鹽梯度層，鹽梯度層上層為淡水層即上對流層；各部分按照如下方式相互聯(lián)系， 加熱模塊中的加熱電阻位于模擬鹽梯度太陽池的儲熱層中，多個溫度傳感器和多個鹽度傳感器分別豎直置于模擬鹽梯度太陽池中，溫度和鹽度測定數(shù)據(jù)分別通過數(shù)據(jù)傳輸線反饋給PLC控制模塊，電源線上的功率測定數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線反饋給PLC控制模塊，PLC控制模塊具有控制線與電源相連，PLC控制模塊具有數(shù)據(jù)線與顯示終端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，PLC對加熱模塊的控制通過如下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一，確定鹽水濁度、地理位置(瑋度和經(jīng)度)、加熱模塊在水中所處于的深度、設(shè)定的模擬日期和時間； 步驟二，根據(jù)步驟一的數(shù)據(jù)計算加熱電阻所處深度位置的太陽輻射透射率； 步驟三，根據(jù)步驟一的數(shù)據(jù)計算在設(shè)定的日期和時間到達(dá)地表水平面上的太陽輻射強(qiáng)度； 步驟四，計算設(shè)定時間情況下到達(dá)加熱模塊所處深度位置的太陽輻射能； 步驟五，根據(jù)第四步計算結(jié)果，通過PLC控制所需的加熱功率并輸出相應(yīng)的功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，PLC控制系統(tǒng)暫停加熱程序，按如下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一，根據(jù)鹽度測點(diǎn)反饋值，計算保持系統(tǒng)穩(wěn)定性所允許的最高臨界溫度； 步驟二，將上步計算得到的保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度與溫度測點(diǎn)反饋值比較，如果溫度測點(diǎn)溫度等于或高于保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度，則通過PLC控制電源暫停加熱，直至溫度測點(diǎn)反饋值低于保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的最高臨界溫度一定值，重新開始加熱，即重新啟動權(quán)利要求2中的步驟。
【文檔編號】G09B25/00GK104464480SQ201410651849
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】王 華, 李科, 鄒家寧, 王紅星, 楊波 申請人:河南理工大學(xué)