中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）

转换为15V再降至12V再降至9V再降至5V以减小压降）。

以上为一个简单的控制，但现实中要考虑的问题还很多，比如：当太阳能热水器的水位偏低是要及时进行补水操作，这是需要在太阳能热水器的低端加一个压力传感器，时刻检测水位的变化。油品的出口温度要控制在要求的温度范围内，需要一个温度传感器。冬季室外温度较低是要注意管道的冻结情况，通过另一个温度传感器的检测判断是否要启动伴热带和及时停止泵的运转。考虑到环境的因素，蓄电池的储能一定要大。同时考虑到当蓄电池没电或刚刚上电时应该如何控制,即在蓄电池电量小于某一值时，电机和伴热带都要停止工作，这是因为蓄电池的本身的特性。因为蓄电池储电不能为0，若在连续阴雨天太阳能电池板集电能力弱的时候，再不关闭电机和伴热带，就会导致蓄电池的电量耗尽，这样会大大减短蓄电池的寿命。这些问题都要在单片机里进行编程控制。各个硬件的连接也要考虑清楚。

除此之外，应用太阳能给原油罐加热的装置不是全年都能适用的，比如，在夏天，室外温度很高的情况下，太阳能热水器中的热水能达到100℃。但是原油的温度不能太高，否则原油容易汽化，造成原油罐中压力过大，严重时可能引起爆炸。所以，这套装置一般适用于温度较低的环境下。

根据以上情况的分析设计了如图3.7所示的原理框图。图中所示为一简单的设计框图，现实中要考虑的问题很多，比如阀的设计、各个期间的连接电路等。

根据设计的整体框图，对图中的各个部分进行具体分析，分为一下几个章节：太阳能热水器、电池板的选择；硬件连接设计；控制部分设计 。

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3.2 太阳能电池板、蓄电池的选择

3.2.1 太阳能电池板

太阳能热水器在整个设计中起到很大的作用，就是利用它将太阳能转换为热能来实现热水循环给原油加热的。但是只用太阳能转换热能的作用是不够的，因为在实际应用中，我们需要考虑的问题很多，这时就用到了控制系统，但是考虑到偏远地方没有可用的电网，控制系统电源来源就需要用到太阳能转化电能来实现。由太阳能电池板收集并转换为电能再将电能储存在蓄电池中，以备后续是使用。

太阳能电池板分为晶体硅电池板，非晶硅电池板两类，晶体硅电池

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板又分为多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池，其中单晶硅电池板的转换效率较高为15%～20%，多晶硅太阳能电池转换效率大约12%，非晶硅太阳能电池转换效率大约10%【36】。

其容量可由实际情况来选择。

由上面对电机的选型可以大概的计算功率P=UI=24*0.9=21.6W. 太阳能电池板容量的确定:可以选择50W-100W。其中100W的太阳能电池板面积大约为0.85平米。

并联组件数量=Q／(q×P×T)

Q——需要太阳能发电承担负荷，电池板24h 连续使用，Q=(P／24V)×24； q——库仑效率，太阳能电池组产生的电流中有一部分不能转化储存而是耗散

掉，所以可以认为必须有一小部分电流来补偿损失，用库仑效率来评估这种电流损失，取q=0．9；

P——组件的日输出，已知该地区一年最差天气太阳辐照量A。太阳电池组件

每天输出的安时数为B，即P=A×B；

T——衰减因子，考虑环境因数和组件自身衰减造成的太阳电池组件输出的减

少，将衰减因子乘以太阳电池的输出，给出了实际情况下太阳电池组件输出的保守估计值，取T=0．9。 3.2.2 蓄电池

铅酸蓄电池具有技术成熟、成本低、电池容量大、跟随负荷输出特性好、无记忆效应等优点。

蓄电池的选择是根据当地的实际情况来计算其所需容量。计算如下： 已知电机的大概的计算功率P=UI=24*0.9=21.6W 根据行业通用计算太阳能蓄电池容量的公式，得： (1)太阳能蓄电池容量：

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Bc=A×Nl×Q／C×D

式中A——安全系数，范围(1．1～1．5)根据当地的环境选择，选1.5。 Q——日平均负载，如：Q=(P／24V)×24h；

Nl——最长连续阴雨天数，取3d-7d，这里按3d计算；

D——温度修正系数。考虑地区冬季最低温度达到零下多少度，选取温度

修正系数，温度在-25℃以下时取0.7。

C——蓄电池最大允许放电深度，深循环蓄电池最大允许放电深度为

80％，浅循环蓄电池最大允许放电深度为50％。

大概的估计值为=816.48W≈900W (900W/24V)*24H≈40AH 可以选择24V 40AH的蓄电池考虑到24V蓄电池体积较大，不宜安装，选用体积较小的2V40AH的12个串联安装。

3.3 太阳能热水器的选择

目前市场上所卖的太阳能热水器有真空管型热水器（含热管真空管型），平板型热水器和闷晒型热水器三大类，根据其特点本设计中可以选用平板型太阳能集热器【24】。因为工业热水用量大，需要很大面积的太阳能集热器，要求集热器不易损坏、易维护、可承压，平板集热器在此方面具有显著的优越性。工业上使用一般容积要大，选大于300L的。我们还可以将太阳能热水器并联使用组成太阳能热水器组，根据原油罐的大小可用热量来选择。

3.4 硬件连接设计

国内油田大多采用的加热、保温工艺还是停留在传统方法上，如蒸汽伴热、电热管技术、电热带技术、集肤效应、燃气水套炉等。这些方法虽然各有各的优点但也存在各自的弊端如：

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