浅谈太阳能热利用工程控制系统

太阳能热利用工程控制系统是太阳能热利用行业的重要组成部分。太阳能热利用行业发展到新世纪之后，逐步出现了集中安装大面积太阳能集热阵列的市场需求，区别于上世纪末的家用单体热水器较为单一的市场特点，这种需求推开了行业发展的另一扇重要的大门，那就是区别于家用产品的系统及系统集成的重要方向。随着热利用系统及系统集成的发展，太阳能热利用的工程控制系统逐步发展起来，并反过来促进了系统本身及市场的发展，从而使得太阳能热利用工程越来越多，单体工程越来越大，工程质量越来越可靠，有中国特色的太阳能热利用工程的竞争力越来越强。 　　太阳能热利用工程控制系统是控制并转移太阳能集热器收集的太阳能量到热利用工程蓄热或换热部分的过程，并实现蓄热或换热后的能量按需求达到用户端的具有判断与运算能力的智能设备及其集成。太阳能热利用工程控制系统的根本作用是实现收集并储存与转移太阳能量的过程。 　　工程控制系统发展历史与概况 　　早期的太阳能热利用工程较少，上世纪八十年代在北京市就有以平板集热器为集热单元的工程案例，这些案例以自然循环集热为主，笔者见过的案例是在以汽油桶改造的水箱顶部安装的热电偶测量为温度传感器，采用仪器仪表行业的标准测温模块，显示水箱的温度。许多系统冬季放水不运行。 　　在上世纪九十年代，尤其是全玻璃真空管的集热形式出现后，热利用工程的应用和数量在北京、山东、江苏、安徽、河北得到了发展。其中北京市的两个热利用工程中出现了主动温差循环的控制运行方式，水箱和太阳集热器不是处于同一水平面，从而需要测量和控制水箱的水位的控制需求。特别需要提的是由于价格的原因，太阳能热利用工程从一开始就是以开式水箱为主，这种特点至今在行业的发展中占主流的地位。 　　在上述两个阶段期间的太阳能热水工程的主控制单元，均采用市场销售的标准仪器仪表组装成电气控制柜，市场上没有专门针对太阳能工程设计的控制系统，因此需要优秀的电工来组装并考虑现场特点改造，系统的运行功能增加了，比如出现了防冻循环功能，从而推动了太阳能工程的全年使用，并适应了当时社会集中澡堂的需求，客观上在促进了太阳能热利用工程的发展的同时，故障点较多，安装人员素质也制约了更广泛的工程普及工作。 　　市场总是在一定的阶段，发育到一定的程度，才会促进新思想、新模式、新技术的冒出，源于人群的发展和经济本身的规律。到九十年代末期，家用太阳能市场的快速发展，家用控制器的设计、生产、销售、售后形成了体系和较大的生产量，从而推动了专门针对太阳能工程设计的控制系统的设计和生产，并丰富了功能。 　　到目前，国内外都出现了专门设计和生产及销售太阳能热利用工程控制系统的公司，未来的发展机会和趋势随着太阳能运用的广度和深度进一步扩大。不断总结和提高工程技术，适应太阳能与建筑结合的趋势，控制系统的产业将越来越大。必须提醒的是，我们从事行业的同志，应该综合对太阳能工程的理解和对电子及电力电子等技术的理解，创新发展这个交叉学科，从而更好更快地发展这个太阳能热利用行业中的新型子行业。 　　工程控制系统的重要性 　　1.工程控制系统具有伴生性。它和太阳能热利用工程是相互依存的。今天的太阳能热利用工程控制不仅仅是太阳能系统本身的控制和运行问题，已经变成了集成太阳能控制的同时，要解决满足管网、机房设备间、用户末端等要求的综合性需求；已经变成了不分太阳能集热的主辅争论，而是满足综合电能、燃气、空气源、水地源等多种能源形式的综合供应的系统集成控制。它是与甲方和集成商设计思想密切相关，已经变成为与太阳能热利用工程相互依存的同时，又拉动将太阳能热利用作为客户可再生能源能量需求的必需配置。 　　2.工程控制系统具有复杂性。太阳能热利用工程的应用范围较广，应用形式和客户需求是多变的，在大发展阶段，工程控制系统始终在标准化的大趋势中衍生多变性，不容易标准化。熟悉和了解工程的同志知道，做好控制系统需要建设随工程需求变化的体系，不仅要解决产品与系统的售前、售中及售后的适应性建设，还得实现工程思想与产品的一体化；不仅要实现功能还得解决外观要求；不仅要解决方案还得兼顾经济性要求；在太阳能工程系统集成商利润降低的今天，发展工程控制器产业并做好工程控制系统是复杂的。 　　3.工程控制系统具有革命性。太阳能热利用工程需要综合建筑、结构、机械，热能、暖通、电子等多学科的工程技术，工程控制系统需要综合多方面的知识并适应太阳能工程的大发展，没有现成的完备的技术体系可以复制，因此具有革命性，并将反过来推动太阳能应用的革命性发展，有中国特色的太阳能工程实践及太阳能控制系统应用对世界太阳能热利用的发展和普及具有重要的启示和推动意义，已经并将继续扩大它的影响。 　　工程控制系统的未来方向 　　1.从功能要求上来看，未来控制系统的发展方向是标准化功能。一个行业的发展，在初期阶段，产品定型是非常困难的。目前太阳能工程的大发展，太阳能集热器及系统的运行方式与甲方的需求都是多变的。把太阳能的控制功能高度集成或是将整体产品拆分为不同的标准模块的博弈，以及在甲方、系统集成商、生产商的需求和产品与经济性的博弈将会在未来的较长一段时间内存在。太阳能热利用工程控制系统的功能标准化还有较长的路要走，但是只有大体上的标准化，尤其是系统集成商愿意推动设计师和甲方思想的标准化，才能真正推动系统集成的大发展，从而推动控制系统的大发展。 　　2.从未来具有潜力的功能上看，发展方向是远程监控与能量计量。太阳能的特点和节能减排的形势，决定了太阳能系统需要远程监控，去提高系统集成商的服务质量，降低系统集成商的维护成本，从而推动热利用系统更稳定、可靠、长久地为客户工作，这才是真实的价值。而实现了远程监控，节能减排量的计量就有了物理上和物质上的基础。计量节能减排量将更好更大地推动行业发展，客观上对完善行业的系统集成队伍和优化提高系统集成水平具有重要意义。只有真实的能量可测量、可核查，才能去推太阳能能量交易的门，这将是控制系统的从业者未来为太阳能热利用行业做的重大支撑作用之一。 　　3.从工程控制器产业发展看，方向是专业化。目前的存在系统集成商或是热水器生产商自行设计、制作和安装控制系统的情况，也存在控制器生产商为系统集成商设计、制作控制系统的情况，也就是说目前还是存在混业经营的情况，这是目前发展阶段的表象。欧洲的发展方向是专业化，并且出现控制系统品牌化。从较长一段时间看，欧洲的方向是正确的。前提是智能技术的价格在中国能有经济可能性并且系统集成商的积累和水平的提高。 作者:创意博 邹怀松