太阳能集热器
并联系统与串联系统性能运行对比详解一．系统概况
众所周知，太阳能集热的方式是受到太阳光照的特定条件限制，要想得到更充分的利用，选择什么样的系统采取什么样的控制逻辑是关键，目前我国的太阳能热水工程基本采用并联系统，这种系统即使在晴天也需要辅助能源。
传统补充能量的办法一般是以电能和燃煤或者天然气来实现的，但是这几种能源都是价格昂贵，要提高太阳能集热系统的效率，还得从太阳能集热器结构，系统的连接方法和采取什么样的控制系统入手。
1.并联系统：本系统采用坡面朝南30°～45°工程模块，春、夏、秋季晴天热水升温慢，储热水箱温度不稳定且每天需要能源互补。系统运行采用温差循环控制模式，春、夏、秋、冬季阴雨天全靠辅助能源。太阳能系统几乎无用。该系统所需循环管道长，至少是串联系统的3倍，热损大，系统效率较低，运营成本高，是不可取的太阳能工程系统。系统简图如下：
2.串联系统：本系统采用独有的真空集热管集中集热万能角度工程模块，春、夏、秋季晴天每天产能稳定产55-65℃热水且不需要任何互补能源。系统运行采用定温+温差循环控制模式，春、夏、秋、冬季晴天以太阳能系统制热为主，阴雨天能以太阳能余热互补为辅。以互补能源为主。该系统所需循环管道少，热损小，系统效率高，运营成本很低，是目前我国太阳能热水工程系统首选. 系统简图如下：
二．基本原理
1.并联系统：冷水源直接进入储热水箱，集热系统温差循环，当用水的时候储热水箱水位下降，浮球阀同步补冷水，水箱中冷热水掺混导致水温较低，不能满足用水温度要求，此时系统必须开启辅助能源。在冬季，由于太阳辐照度及环境温度都较低，集热系统基本不起作用，因此基本上是以辅助能源为主。系统原理图如下：
2.串联系统：系统先进行定温循环，冷水源直接进串联集热器系统，通过集热器加热，符合用水条件的热水进入大水箱储能，午后储能水箱到达储能定温高水位时，系统转换为温差循环，对储能水箱进行二次加热（系统控制采用本公司独有的定温循环+温差循环）。在补水时，冷水先通过集热器再进入储热水箱，充分利用集热器中的余热，使太阳能系统热利用率得到更高获取。系统原理图如下：
串联系统储热大水箱内设置温度感应探头、两级水位感应探头，通过系统智能控制保证用户用水正常和稳定。冬季系统采用超低温微循环保护系统，保证室外管路在严寒条件下安全运行。
三．串联系统互补的使用条件和范围
1.在每年的4月初到10月末，晴天系统不需启动互补能源，连续阴天系统自动启动互补能源，或者用水量超过系统
定量时系统自动启动互补能源，储能水箱在下水位时且太阳能余热用尽时系统自动启动互补能源，此时补入的能量仅是用水量的加热量，而非对满水箱加热，大大减小了辅助能源用量。
2.在每年的11月初到下一年的3月末，在取暖锅炉使用期间，利用锅炉的余热对太阳能集热系统的能量差额进行补充。
综上，本系统能够做到以太阳能为主，锅炉互补为辅。四．结束语
综上所述：本公司设计的太阳能集热串联系统与现有的并联系统不同，具有集热效率高、辅助能源用量少，投资少、系统安全可靠等独特优点，该系统已获得国家实用新型专利。几年来本公司在东北地区设计安装了多个太阳能集热串联系统，如在吉林松原五中安装的太阳能热水串联系统及太阳能开水串联系统，经过了三个冬季的考验；在四平时尚宾馆安装的太阳能串联系统，经过了二个冬季的考验；在长春武夷花园高层小区施安装的太阳能串联系统，经过了八个冬季的考验；以上系统的成功运行表明，太阳能串联集热系统即使在严寒的冬季也可以具有较高的集热效率。
下面以吉林化纤集团五纺车间企业浴室的太阳能热水工程为例，施工环境温度：-36℃，系统运行环境温度最低达到-41℃，晴天太阳能制热水温度50～60℃。
吉林化纤集团五纺车间企业浴室的太阳能串联系统现场图
1.太阳能集热器：该集热器为钢结构组合支架、万能角度集中集热的形式。集热器上方360度四季朝阳。
2.太阳能集热器系统组合：单系统为串联独立控制，系统与系统之间并联独立控制，冷水必须经集热器进入储热水箱。
3.集热循环系统：系统控制采用本公司独有的定温循环+温差循环，集热器系统对储能水箱有二次加热功能和集热器系统余热利用功能，真正做到了以太阳能集热为主，以辅助
能源运行为辅。
4.电磁阀、单向阀备有双层水质过滤保护。系统备有超压保护、冬季备有防冻低温微循环保护，集热器采用防爆管和防气赌功能。
5.储热水箱是所有系统的指挥中心，电气控制系统是所有系统的执行中心，均采用国家标准型号器件。特别对蒸汽互补采用了超高温安全保护措施，减少运行故障，便于维修。达到一年四季全天候使用之目的。
6、冬季太阳能管道循环系统在正常超低温保护的前提下，设计了电伴热带解冻装置。
中国太阳能工程联盟工程中心许国
淮海工学院新能源科学与工程系邵理堂
连云港国鑫太阳能工程有限公司许鸽
2013年5月3日
