太陽能熱利用信息系統(tǒng)的設(shè)計及研發(fā)

【摘要】近年來隨著全球變暖趨勢的不斷加快，各國為了減緩這一趨勢，紛紛采用清潔能源。太陽能能源作為其中一種，得到了大范圍的使用。由于各地采光度的不同，導(dǎo)致太陽能在實(shí)際利用中，熱利用未能達(dá)到設(shè)計目的.為此，有必要加強(qiáng)太陽能熱利用信息系統(tǒng)的設(shè)計及研發(fā)。本文從熱利用系統(tǒng)方面探討一下如何設(shè)計及研發(fā)。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；熱能利用；光電轉(zhuǎn)換

引言

太陽能熱系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中，容易受到地理因素的影響。在實(shí)際的運(yùn)用中，太陽能的熱利用隨著季節(jié)的變化而變化，為了保證光能利用效率的最大化，需要在熱系統(tǒng)設(shè)計時嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計、科學(xué)設(shè)計，最大限度地保證光能轉(zhuǎn)換為熱能。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，太陽能技術(shù)借助信息化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)光能的有效利用，使光能轉(zhuǎn)換減少不必要的浪費(fèi)。

1、太陽能的概念

太陽能是一種新型清潔能源，現(xiàn)代社會中常用于熱水器加熱。太陽能是使用太陽的輻射能量，通過太陽能設(shè)備將其轉(zhuǎn)化為電能或者熱能。太陽輻射能量穿透地球大氣層到達(dá)地表，只有其實(shí)際熱量的22億分之一，但這些熱量仍是十分巨大的，若能充分利用，則可以獲得巨大的能源效益。但是當(dāng)下的太陽能設(shè)備對太陽能的利用率依然很低，未能實(shí)現(xiàn)高效利用。

太陽能使用光伏板組件進(jìn)行光能的轉(zhuǎn)換，通過光伏板可以把太陽的輻射能量轉(zhuǎn)化為電能，儲存在光伏電池中。實(shí)現(xiàn)照明、加熱、發(fā)電等功能。太陽能作為清潔能源，有著普遍性、無污染性、長久性的特點(diǎn)，太陽能使用的是太陽發(fā)出的輻射能量，按照太陽內(nèi)部的燃燒速度還可以使用上百億年。但是太陽能也有著分散性、不穩(wěn)定、利用效率低下的特點(diǎn)。這一特點(diǎn)是由于人類科技的發(fā)展水平所限制的，受限于技術(shù)水平，在太陽能的利用上存在著成本較高的問題，雖然近年來技術(shù)有所發(fā)展，但是對于太陽能的利用率仍未超過30%。因此，需要對太陽能在利用上進(jìn)行技術(shù)上的突破。

2、太陽能熱利用系統(tǒng)

太陽能在利用方式上有光熱和光電之分，其中，太陽能熱能的利用最為廣泛，電能因?yàn)槠涑杀締栴}而未能大規(guī)模使用。常用的熱能設(shè)備有太陽能熱水器、采暖設(shè)施、太陽灶等。太陽能熱水系統(tǒng)常用于家庭和一些光能充足的地區(qū)，以我國北部為例，內(nèi)蒙古地區(qū)地廣人稀，使用其他能源設(shè)備建設(shè)成本較高，而這一地區(qū)光源充足，使用太陽能熱水系統(tǒng)，可以有效的解決能源問題。太陽能熱利用系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮離不開信息技術(shù)的支持，使用GIS技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以使太陽能熱利用系統(tǒng)最大化采光，最大化的轉(zhuǎn)換為熱能和電能，優(yōu)化光伏板和光能電池的使用效率。

3、太陽能熱系統(tǒng)中的信息技術(shù)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸與發(fā)展。它由虛擬的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸到物品中，實(shí)現(xiàn)物品間的信息交互。物聯(lián)網(wǎng)是在1999年被提出，在2005年開始普及，2009年以來獲得了巨大發(fā)展。我國在2009年把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)列為新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，開始大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個層次組成，在技術(shù)上由傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)組成。其中，傳感器技術(shù)屬于感知層，通過感知層的工作，可以為太陽能熱系統(tǒng)采集必要的信息，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與執(zhí)行，是整個物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心所在。網(wǎng)絡(luò)層是使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行，現(xiàn)在常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有Internet、WLAN、LTE等，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)太陽能熱系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離搭建與信息的傳輸。應(yīng)用層的技術(shù)有M2M平臺、人工智能等，其中M2M平臺是為顧客提供終端服務(wù)的平臺，M2M平臺具有良好的適用性，可以使客戶通過各種方式接入，通過計費(fèi)管理，可以有效的實(shí)現(xiàn)用戶的鑒權(quán)功能和數(shù)據(jù)的識別處理功能。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)之上通過傳感器技術(shù)、M2M平臺和網(wǎng)絡(luò)層的支持，實(shí)現(xiàn)太陽能熱系統(tǒng)的信息共享，協(xié)同工作的系統(tǒng)。

3.2 GIS地理技術(shù)

地理信息系統(tǒng)對太陽能熱系統(tǒng)的裨益極大。地理信息系統(tǒng)借助計算機(jī)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的整理與處理，通過信息技術(shù)的支持，對地球的地表信息進(jìn)行數(shù)字處理，有效的實(shí)現(xiàn)了地理數(shù)據(jù)的采集、處理、儲存、分析和顯示等功能。地理信息技術(shù)系統(tǒng)是以人員、硬件、軟件、數(shù)據(jù)組合的系統(tǒng)，其中人員是關(guān)鍵，所有的技術(shù)離不開專業(yè)人員的技術(shù)支持；硬件包括計算機(jī)硬件，也包括遙感技術(shù)、空間技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)等硬件，GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)離不開這些技術(shù)的支持；軟件是專用的GIS系統(tǒng)管理軟件，軟件的開發(fā)由專業(yè)公司制作，它由GIS信息管理軟件和數(shù)據(jù)庫軟件以及影音軟件組成；數(shù)據(jù)系統(tǒng)是建立在數(shù)據(jù)庫技術(shù)上的，通過儲存在數(shù)據(jù)庫，可有有效的調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)行地理信息的分析和處理。當(dāng)今的GIS信息系統(tǒng)對太陽能熱系統(tǒng)作用很大，太陽能熱系統(tǒng)的構(gòu)建受地理因素影響很大，地球上各地的采光量是不同的，使用GIS信息系統(tǒng)，可以為太陽能熱系統(tǒng)的搭建提供必要的地理信息，因地制宜地構(gòu)建太陽能熱系統(tǒng)，最大化的采光，使太陽能熱系統(tǒng)發(fā)揮出最大功效。

4、太陽能熱系統(tǒng)使用信息技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用

使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要使用其傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)。在太陽能熱系統(tǒng)中使用傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)太陽輻射能量數(shù)據(jù)的采集，監(jiān)測太陽能的氣溫和氣壓信息，實(shí)現(xiàn)太陽能熱系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測與預(yù)警。再通過網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)把監(jiān)測技術(shù)傳遞到太陽能熱系統(tǒng)控制中心，使監(jiān)控中心完成對信息的分析和處理、儲存工作。通過網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大型太陽能熱系統(tǒng)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)各個太陽能點(diǎn)的信息互動，加強(qiáng)了太陽能熱系統(tǒng)對各個節(jié)點(diǎn)的控制能力。在分析數(shù)據(jù)上有一個臨界值，該值是為安全運(yùn)行值，一旦超過臨界值，系統(tǒng)就會報警，防止太陽能熱系統(tǒng)的不正常運(yùn)行。

4.2 GIS技術(shù)的運(yùn)用

在太陽能熱系統(tǒng)的構(gòu)建上使用GIS地理信息技術(shù)，可以使太陽能熱系統(tǒng)的構(gòu)建更具科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、合理性和效率性。通過建立地理空間信息數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)太陽能熱系統(tǒng)的數(shù)據(jù)數(shù)字化和信息化處理，把數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過可視化技術(shù)顯示出來，增強(qiáng)了太陽能熱系統(tǒng)的可觀性和可操作性。便于對太陽能熱系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)。使用GIS信息技術(shù)主要在系統(tǒng)構(gòu)建和安裝上，根據(jù)各地地理緯度、經(jīng)度的不同，太陽能系統(tǒng)對太陽能輻射能量的吸收也是不同的，若是按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)安裝，無疑會浪費(fèi)太陽能熱系統(tǒng)的設(shè)備能力，若是能夠按照各地的實(shí)際太陽能輻射能量進(jìn)行光能的收集與處理，就會使太陽能熱系統(tǒng)發(fā)揮出最大作用，而這一切離不開GIS地理信息系統(tǒng)的支持。GIS為太陽能熱系統(tǒng)的構(gòu)建提供了充足的地理信息數(shù)據(jù)，為太陽能熱系統(tǒng)的構(gòu)建提供了科學(xué)的設(shè)計計劃。

5、結(jié)語

太陽能熱系統(tǒng)使用信息技術(shù)可以有效的提升太陽能熱系統(tǒng)的工作效率，提升對太陽輻射能量的利用效率，使太陽能熱系統(tǒng)把太陽能硬件的潛力發(fā)揮出來。使太陽能作為清潔能源在日常使用中獲得越來越多的使用。