太阳能及多能源综合管理远程监控系统实际案例

文章来源：中国安防网

太阳能光热利用是迄今为止最环保的绿色能源利用方式，因此受到世界各国政府的大力推介。而太阳能热水工程作为其最直接和高效的应用形式，加上政府的大力推动，发展迅猛，尤其是在中国，受到了众多设计和使用单位的认可。据统计，太阳能工程热利用在2012年的增长率超过50%。但是，随着行业的迅猛发展，各种问题陆续出现，同时使用单位对工程系统的要求也越来越高。由于热水工程是一个包括了太阳能设备、辅助能源设备、储存设备，输送管路、水泵管件及各种输入输出装置的综合系统，具有一定的复杂性，如何使各种设备协调并高效运行，同时方便工程售后人员进行日常管理维护和能源统计及分析，可以说是太阳能热水工程在未来几年内普及和被更多商业、工业利用接受的至关重要的因素。这个因素被执行得成功与否更多取决于太阳能控制系统。但控制系统在整个热水工程中所占成本比例很小，同时行业起步较晚、产业层次不高，因而一直没有被重视，导致现有控制系统的技术含量不高，绝大多数产品都需要在现场进行操控管理。基本没有能够进行远程监控和维护的，涉及到财务分析的更是罕见。

随着太阳能热水工程在国内日益普及，太阳能厂家和工程集成商安装的工程项目越来越多，跨地区施工非常普遍。在工程系统日后维护中，能够方便快捷，同时维护多个项目，以及能够在异地进行系统设置、修改，并快速进行故障排查和锁定，是热水工程系统高效运行的保证，也是厂家和集成商赢得客户信任的重要因素。同时，对于系统的使用方来说，能够不受空间、时间的限制随时对系统进行查看和设置，也是提升管理效率的重要因素。此外，对于国内正在兴起的合同能源管理(EMC)业务模式，如果能够无需在现场安置人员，能够远程监管系统，并且系统能自动统计、分析能耗情况，并自动生成报表，则可以大大节省人工费用。

另外，采用楼宇自控系统(BAS)作为现代商业及公用建筑(例如写字、酒店、医院、超市、机场)为实现节能减排、提升管理效率、创造良好环境所采取的重要措施，已经比较普及。而太阳能热利用在这些建筑领域类型中起步较晚，因此楼宇自控系统(BAS)通常都没有包含太阳能热水工程。因此当其他的设备系统被集成在BAS系统平台里，使管理人员非常便利地实现集中监管分散控制时。却不得不到另外一个物理空间，单独去查看和操作太阳能热水控制系统，很不方便，也很难做到与其他设备的配合协调。对于传统的太阳能热水工程控制柜来说，如果要把太阳能系统也集成到BAS系统里面，需要弱电工程师基于BAS系统进行太阳能控制逻辑的程序开发和集成，这对不懂太阳能热水系统的弱电工程师来说是个很大的挑战，弱电工程师需要和太阳能工程架构师从头梳理，整个过程非常繁琐耗时。所以，如果有能支持楼宇自控协议的太阳能工程控制系统，这个问题就迎刃而解。

二、新型控制柜技术介绍

针对上述种种需求，出现了一种基于Niagara平台开发出的自带网络服务器(WEBSever)的太阳能控制柜，它具有远程控制功能，用户通过在浏览器上输入IP地址就可以在异地访问热水工程控制界面并进行操控。同时它支持市面上主流楼控品牌的通信协议，如BACnet/Lonworks/KNX/Modbus等，能够很容易的把太阳能工程系统操控界面植入楼控系统中，进行统一管理和操作。

下面我们对这种产品与市面上现有的同类功能的产品技术做一个分析比较，使太阳能工程业主更好的选择合适的产品。

1、远程监控功能

目前市场上能够实现远程监控功能的太阳能控制柜主要是采用云服务器的方式，即在现场有一台控制柜，控制柜对现场设备进行管控，同时收集相关的数据，然后通过网络将其传送到位于异地的云服务器，并执行服务器发出的指令，与服务器进行双相交汇。通常一台云服务器能够支持多台位于设备现场的终端，即控制柜。需要远程监控热水工程的客户可以通过连接网络的电脑访问这台云服务器，通过云服务器查看现场设备运行状态，并通过云服务器给现场的控制柜下达指令。

而采用新型技术的太阳能远程控制柜与云服务模式最大的区别在于，它的现场控制柜里自带网络服务器(WebServer),无需借助任何第三方的服务器。用户远程访问就是这台位于现场的控制柜。图1、图2是这种两种模式的系统架构。

现在我们从应用特点、适用的客户群、以及设备造价三个面对这两种系统进行分析。

1)从应用特点上来看，二者都能够实现远程控制。但是云服务器是一台公用服务器支持多台远程控制终端，由于太阳能热水工程的架构形式千差万别，所以云服务器里的组态软件需要有各种的逻辑形式和工程界面与之相对应，但这显然是难以做到的。因此如果使用云服务器进行远程监控，热水工程集成商只能采用组态软件中现有的逻辑控制模式进行工程架构，这对普通的热水工程可行，但对复杂系统和有特殊要求的工程来说，是不能满足要求的。

而这种采用新技术的控制柜的服务器是该工程独享的，完全可以根据现场工程的需求对组态软件进行二次更改，以满足工程架构的需求。

2)从适用的客户群来说，云服务更适合那些大型并主推自有品牌的太阳能生产厂家，因为建立一套完整云服务系统投资巨大，对硬件要求比较高，例如需要高速的服务器以满足多个用户同时访问，并辅以相应的带宽，同时要有合适的服务器机房。在软件上，需要有开发组态软件能力，并且能够定时的更新、升级。此外，公司需要有专人对服务器进行管理和维护，以保证一个稳定的云服务器平台，平台的稳定能力，对系统的稳定能力有至关重要的影响力。这些要求显然对中小型太阳能厂家和工程集成商来说是不现实的。

而这种新型控制柜自带服务器，无需第三方的大型云服务器支持。只要一个控制柜，就能满足所有的要求。这对不具备自行开发云服务模式的能力和没有专人去维护服务器的中小太阳能厂家和以及不代理固定品牌的太阳能工程集成商来说，是一个非常好的选择。

此外，在我们接触的太阳能热水工程中，有一些客户，他们对热水消耗情况等数据的保密性要求很高，例如化工、印染、制药、食品加工等，因为热水是这类企业必要的生产要素，消耗量的多少直接涉及到企业的商业机密。云服务的模式需要把相关的数据储存在第三方的数据库里，多少存在安全隐含。而这款自带服务器的控制柜，使所有数据存储在业主现场，安全性更可靠。

此外，对于EMC项目来说，数据信息的公正性和安全性对于使用方和投资方都非常关键。每个项目使用独立的服务器和相应的管理软件，能够避免使用公用服务器而带来的不便与安全隐患。

3)从整套系统的投入来说，如果只是单个控制末端，云服务的控制柜由于不带服务器，成本会略低一些，但是从整个云服务的系统架构来看，包括服务器的维护，这个成本是很高的，对于安装了云服务远程控制柜的客户来说，服务是没有免费的，客户的系统只要在云服务器中存续，就需要连续向云服务供应商支付服务费用，而且客户对服务费的收取没有任何议价能力。

而这种新型控制柜无需后端架构，现场安装结束后，没有后续投资和收费，因此对中小厂家和工程集成商来说更具成本优势除了上述的远程监控功能外，这款新型控制系统还具有非常强大的多能源综合管理功能，不仅仅是对太阳能光热设备的管理，同时还能对辅助能源或者联合使用的其他能源进行管理。例如在太阳能热水工程中，我们通常会同时配备辅助加热设备，其中既有新能源范畴的空气源热泵热水器、地源热泵，也有传统设备的节能利用模式，例如利用中央空调和冷冻机组的热回收，同时也会有传统的燃气锅炉、燃油锅炉和电锅炉等设备。这些设备的工作环境、制热能力和所耗费能源的成本差异很大，而且会根据地区不同、业主单位性质不同、使用时间不同，有所变化。这款新型控制柜能够综合考虑上述因素，通过复杂的算法，协调各种设备的的运行时间和运行状态及所需要达到的效果，从而使整个系统在满足业主方需求的情况下，使可再生能源例如太阳能、空气能等最大限度的利用，而传统能源及高成本的能源最小限度的使用，以达到最佳的节能效果。

举个例子，太阳能设备工作需要有一定的阳光辐照度，而空气能热泵工作需要有适合的环境气温才能达到较高的能效比。这二者都与环境有紧密的联系。如何对满足第二天所需热水的热量来源进行分配，太阳能供多少，空气能供多少，传统能源又供多少，分别在什么供，都是需要通过分析和计算来安排的。因为用热水的时间段有要求，而且空气源热泵开启时间有峰谷电价的差别。这款新型产品中的一个分析特色是，综合分析天气情况的历史数据并与实时的天气预报以及现场监测情况进行比对和计算，从而得出最佳的设备开启关闭的时间和运行工况。我们的系统会涵盖到近几年的历史环境数据，例如光照、环境气温等，同时系统会经过网络自动从天气预报信息提供商抓取相关信息，并结合现场实际的探测装置自动综合优化分析后安排设备工作情况实现成本效益最大化。同时，这套系统引入了先进的自学习功能，用户在使用了一段时间后，系统会根据用户的使用习惯自动调整逻辑控制。自适应的软件算法能科学确定设备启停，参数优化，以达到最大化的节能减排，帮助客户实现利益最大化。

此外，该设备数据处理功能也是一大亮点：具有很强的数据收集、处理、分析能力，能够对整个系统的节能减排数据进行综合分析、对比，形成天、周、月、年的数据报告，并进行曲线图、柱状图、饼图的多能源占比分析，及时地把节能、耗能情况反映给使用单位，以指导使用单位的节能减排。图3～图5(能耗、数据、分析图)。

合同能源管理(EMC)是近年来节能减排市场中非常流行的业务操作模式，在太阳能大型热水工程中颇受业主单位的青睐，许多太阳能厂家和集成商们都有涉及这类业务。EMC模式非常关键的一点是需要对节能量有精确的计量，同时能够很直观的表现出来，同时能够准确的转化成财务数据。同时它预置了多种EMC统计分析工具，能够实时、按日、周、月、年分阶段和不同的角度实现节能统计和财务收益统计。同时也可以根据具体项目的财务统计和收益分配方式对软件进行定制化调整，以满足具体项目的要求。此外，对系统集成商和EMC项目的投资方来说，可以最大程度的减少进行现场抄录、统计的人力投入，并保证数据的准确性和实时性。

2、与楼宇自控系统(BAS)集成

如之前在行业背景中所述，把太阳能热水工程管理系统集成在楼宇自控系统中已经成为众多高端写字楼、宾馆酒店、超市、医院等单位在考虑安装太阳能热水工程时的必要考虑条件。而传统的无论是单片机还是PLC类型的控制柜无法做到这一点。

这个新型控制柜基于Niagara技术平台，采用楼宇自控系统所需的DDC控制模块做核心，能够兼容目前楼控行业的所有主流协议：BACnet/Lonworks/KNX/Modbus等，使太阳能系统能够十分容易的整体嵌入到楼控系统中，与暖通空调(HVAC)系统、照明系统、安全防范、消防、电梯系统和其他系统的出现在同一界面，统一操控管理，从而帮助设施管理人员、建筑业主以及系统集成商，进行同步、准确、最优化的控制，也实现了节能减排的最大化。在物理连接上也非常简单，只需一根网线把太阳能控制柜与楼控控制柜连在一起即可。见图6自控系统图。

三、展望

太阳能热水工程在节能减排领域有着许多独特的优势，但由于历史原因和行业起步基点不高的局限，这一具有巨大发展空间且巨大使用收益的产品一直徘徊在一个较低端的产业层次上。尽管产品已经从家用过度到商业项目使用上，但是它的利用还远远不足，至于在能产生巨大节能效益的工业项目利用上还非常少见。这里既有太阳能设备本身的功能限制，也有工程设计和控制管理方面的不完善，使得一些单位和用户对使用太阳能热水工程系统仍持有怀疑态度。这个采用跨行业技术的新型控制柜的面世，将通过提升太阳能热水工程的软实力和增强人性化因素，来使太阳能热水工程领域向着更高效利用，更广泛使用的方向迈进。

文章编辑：重庆监控 网址：//www.aurelievic.com