壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的製作方法
2023-05-26 04:29:46 3
本發明屬於太陽能利用技術領域，尤其涉及一種壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統。
背景技術：
隨著人們生活水平的不斷提高，人們進行戶外旅遊的機會越來越多，在戶外旅遊的過程中通常會有對製冷的需求；偏遠地區醫療人員行醫過程中攜帶的疫苗等藥品也有冷藏需求；軍隊移動作戰中的軍事和軍人的生活用冷也對製冷技術提出了要求。這些應用場景中不斷擴大的用冷需求促進了移動製冷技術的不斷發展。
光伏可攜式冰箱就屬於移動製冷技術的應用，其使用太陽能作為能源，取之不盡且環境友好。光伏冰箱具有良好的季節匹配性，即夏天輻照強制冷功率大，同時冷量需求也大，冬季反之。光伏可攜式冰箱的使用不受地理位置的限制，可以滿足電網未覆蓋的偏遠地區的製冷需求，亦可滿足人們戶外出行中的製冷需要。這些市場需求以及光伏冰箱良好的節能和環保屬性為其推廣應用奠定了基礎。
現有研究中光伏冰箱系統基本由光伏電池組件、控制器、蓄電池、逆變器、直流或交流冰箱組成，其使用雖然可以在一定程度上緩解光伏冰箱受太陽輻照的限制，但缺點也較多，主要有以下幾點：
1、蓄電池往往是系統部件中重量最重的，會大大降低系統的便攜性和可移動性；
2、蓄電池的使用會大大增加系統的初期投資成本，蓄電池的壽命相較於系統其他部件要短得多，一般只有兩到三年，後期維護更換也會增加成本；
3、蓄電池的儲能和能量釋放利用——兩次能量的轉換轉化過程大大降低了系統的綜合效率；
4、蓄電池的生產使用和最後的回收處理過程中都有可能對環境產生嚴重的廢物汙染。
不使用蓄電池作為儲能裝置，將光伏電池板直接與直流冰箱連接驅動冰箱運轉的系統被稱為可攜式光伏直驅冰箱系統，可攜式光伏直驅冰箱系統沒有蓄電池充放電和逆變環節，能夠提高系統的運行效率，降低系統的投資成本，簡化系統的結構組成，增加系統的實用性；冰箱中使用直流變頻壓縮機能夠降低啟動電流，低輻照條件下更容易啟動運轉；為了讓冰箱在沒有太陽輻照的情況下也能保證內部溫度在一定時間範圍內滿足需求，可以在冰箱內部設置冰盒蓄冷，成本低廉，卻能達到和蓄電池類似的效果。但是受限於太陽輻照不穩定的弊端，直驅冰箱可能存在當太陽輻照強度變化較大時壓縮機頻繁啟停的問題；太陽輻照強度變化時，發電功率也隨之變化，如何更有效地利用發出來的電，也是一個需要解決的問題。
有鑑於此，確有必要提供一種壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統，其可以避免當太陽輻照強度變化較大時壓縮機頻繁啟停的問題，而且系統中免去了蓄電池，大大降低了系統的成本，簡化了系統的結構組成，減輕了系統重量，使系統更加便攜。該系統根據輻照信號強弱，調節壓縮機轉速，符合獨立光伏系統中能量的供需規律，系統的能量利用效率更高，製冷速率更快，能夠滿足在戶外使用光伏冰箱快速製冷的需求。
技術實現要素：
本發明的目的在於：針對現有技術的不足，而提供一種壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統，其可以避免當太陽輻照強度變化較大時壓縮機頻繁啟停的問題，而且系統中免去了蓄電池，大大降低了系統的成本，簡化了系統的結構組成，減輕了系統重量，使系統更加便攜。該系統根據輻照信號強弱，調節壓縮機轉速，符合獨立光伏系統中能量的供需規律，系統的能量利用效率更高，製冷速率更快，能夠滿足在戶外使用光伏冰箱快速製冷的需求。
為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統，包括光伏電池板、太陽輻照傳感器、直流電壓變送器和直流變頻冰箱，所述直流變頻冰箱包括冰箱箱體和設置於所述冰箱箱體內的直流變頻壓縮機、壓縮機控制器和溫控器，所述光伏電池板與所述壓縮機控制器連接，所述太陽輻照傳感器和所述直流電壓變送器共同組成壓縮機調速信號發生模塊，所述壓縮機調速信號發生模塊與所述溫控器串接後與所述壓縮機控制器連接，所述壓縮機控制器的輸出接口與所述直流變頻壓縮機連接。
作為本發明壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的一種改進，所述光伏電池板通過直流熔斷器與所述壓縮機控制器連接。
作為本發明壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的一種改進，所述直流變頻冰箱還包括冷凝器、毛細管和蒸發器，所述冷凝器、所述毛細管和所述蒸發器均設置於所述冰箱箱體內，所述直流變頻壓縮機依次通過所述冷凝器和所述毛細管與所述蒸發器連接，所述蒸發器與所述直流變頻壓縮機連接。
作為本發明壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的一種改進，所述直流變頻壓縮機的另一個輸出接口連接有直流風扇，並且所述直流風扇設置於所述冰箱箱體內。
作為本發明壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的一種改進，所述冰箱箱體內設置有蓄冷冰盒，所述蓄冷冰盒靠近所述蒸發器設置。
作為本發明壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的一種改進，所述蓄冷冰盒通過卡扣固定於所述冰箱箱體的內壁上。
作為本發明壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的一種改進，所述光伏電池板包括若干塊，若干塊所述光伏電池板通過合頁鉸接連接，摺疊狀態下，所述光伏電池板貼合於所述冰箱箱體的表面。
作為本發明壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的一種改進，所述冰箱箱體與所述光伏電池板之間通過可收縮的支架連接，所述支架的一端與所述冰箱箱體可轉動地連接，所述支架的另一端與相鄰的兩塊所述光伏電池板之間的連接處連接。
作為本發明壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的一種改進，所述冰箱箱體的厚度大於5cm，所述冰箱箱體包括金屬材質的內殼、金屬材質的外殼和設置於所述內殼和所述外殼之間的環戊烷發泡保溫材料層。
作為本發明壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統的一種改進，所述冰箱箱體的外表面設置有反光塗層。
相對於現有技術，本發明至少具有如下有益效果：
第一，在系統中，使用直流變頻壓縮機相較於交流變頻壓縮機，沒有逆變過程造成的能量損失，克服了交流變頻壓縮機的電磁噪音與轉子損耗，具有比交流變頻壓縮機效率高與噪音低的優點；直流變頻壓縮機能以較小轉速啟動，實現軟啟動功能，降低對啟動電流的要求，保證低輻照條件下也能成功啟動運行，同時也保護了系統部件的安全。
第二，系統中免去了蓄電池，大大降低了系統的成本，簡化了系統的結構組成，減輕了系統重量，使系統更加便攜。
第三，根據輻照信號強弱，調節壓縮機轉速，符合獨立光伏系統中能量的供需規律，系統的能量利用效率更高，製冷速率更快，滿足在戶外使用光伏冰箱快速製冷的需求。
第四，壓縮機轉速主動跟隨輻照強度變化而變化的另一大優點就是，在直驅系統中可以避免輻照不穩定所造成的壓縮機頻繁啟停問題，保護設備安全。
第五，將光伏電池板與冰箱箱體通過合頁、支架有機地結合在了一起，增加了系統的一體性和便攜性，也更加美觀；在夜晚或無輻照的情況下，摺疊收起光伏板，使其成為冰箱箱體的一部分，增加了冰箱的保溫性，使內部低溫環境維持更長時間。
第六，光伏電池板的支架角度可調，可最大限度地接收可利用的輻照資源。
第七，冰箱箱體外表面噴塗反光塗層，在戶外使用時，能夠反射照射到箱體上的太陽輻照，減少額外的熱，降低冷量損失。
第八，可攜式冰箱內部使用直流小風扇，使內部形成強制對流換熱，快速降溫，這也更加符合在戶外使用的場景需求。
附圖說明
圖1為本發明的結構原理示意圖。
圖2為本發明的使用狀態圖之一(光伏電池板摺疊收起時)。
圖3為本發明的使用狀態圖之二(光伏電池板摺疊撐起時)。
具體實施方式
以下將結合具體實施例對本發明及其有益效果作進一步詳細的描述，但是，本發明的具體實施方式並不限於此。
如圖1至圖3所示，本發明提供的壓縮機轉速隨輻照改變的無蓄電池可攜式光伏直驅冰箱系統，包括光伏電池板1、太陽輻照傳感器2、直流電壓變送器3和直流變頻冰箱4，直流變頻冰箱4包括冰箱箱體41和設置於冰箱箱體41內的直流變頻壓縮機42、壓縮機控制器43和溫控器44，光伏電池板1與壓縮機控制器43連接，太陽輻照傳感器2和直流電壓變送器3共同組成壓縮機調速信號發生模塊，壓縮機調速信號發生模塊與溫控器44串接後與壓縮機控制器43連接，壓縮機控制器43的輸出接口與直流變頻壓縮機42連接。太陽輻照傳感器2將輻照強度信號轉換為電壓信號，太陽輻照傳感器2能夠將太陽輻照強度信號轉化為毫伏級的直流電壓信號。直流電壓變送器3能夠將毫伏級的直流電壓信號通過放大電路放大到壓縮機控制器43能夠識別的大小等級。直流變頻壓縮機42具有軟啟動(在較低轉速下啟動)功能。壓縮機控制器43具有直流電源接入接口和調速信號接入接口，輸出方面具有直流變頻壓縮機42供電輸出和12V直流風扇電源輸出接口。光伏電池板1與壓縮機控制器43直接相連，沒有蓄電池充放電的環節，光伏電池板1所發出的電能直接驅動直流變頻壓縮機42運轉。
通過直流電壓變送器3放大後經信號傳輸線傳出；通過設置溫控器44可以實現冰箱內部溫度的控制，壓縮機調速信號發生模塊和溫控器44協同工作可以實現冰箱在普通恆溫製冷和強制製冷製冰兩種模式之間切換。壓縮機調速信號發生模塊能夠實現能量的最大化利用和製冷效率的提高，直流變頻壓縮機42轉速主動跟隨輻照強度變化，亦能防止因輻照變化引起的壓縮機頻繁啟停，保護直流變頻壓縮機42。
光伏電池板1通過直流熔斷器5與壓縮機控制器43連接，太陽光直射到光伏電池板1上，光伏電池板1將光能轉換為電能通過輸電線將電能供給壓縮機控制器43。直流熔斷器5能夠防止直流變頻壓縮機42在啟動階段瞬間電流過大而導致的系統部件的損毀。
直流變頻冰箱4還包括冷凝器45、毛細管46和蒸發器47，冷凝器45、毛細管46和蒸發器47均設置於冰箱箱體41內，直流變頻壓縮機42依次通過冷凝器45和毛細管46與蒸發器47連接，蒸發器47與直流變頻壓縮機42連接。壓縮機控制器43、直流變頻壓縮機42、冷凝器45、毛細管46和蒸發器47共同形成製冷迴路。壓縮機控制器43的一路輸出接口接入直流變頻壓縮機42，直流變頻壓縮機42作為製冷迴路的心臟，為製冷劑在管道中流動提供了源源不斷的動力，經直流變頻壓縮機42壓縮後的高溫高壓狀態的製冷劑蒸氣排出後，經管道流動至冷凝器45釋放熱量到環境中，冷凝器45布置在冰箱箱體41內，壓緊在外殼金屬壁內部；冷凝後的製冷劑流體再經毛細管46等焓膨脹為低溫低壓的製冷劑液體，後經蒸發器47蒸發吸熱，恢復蒸汽狀態，又回流到直流變頻壓縮機42中，完成一個製冷循環，蒸發器47布置在冰箱箱體41內，壓緊在內壁金屬殼內側。
直流變頻壓縮機42的另一個輸出接口連接有直流風扇48，並且直流風扇48設置於冰箱箱體41內。直流風扇48布置在冰箱箱體41內部，在冰箱箱體41內部封閉環境中形成強制對流換熱，提高換熱效率，快速降低溫度。
冰箱箱體41內設置有蓄冷冰盒49，蓄冷冰盒49靠近蒸發器47設置。蓄冷冰盒49的材料為鋁或不鏽鋼，蓄冷冰盒49通過卡扣固定於冰箱箱體41的內壁上，無需蓄冷時可將其取出，為物品迅速降溫；蓄冷冰盒49內容物為普通純淨水，當冰箱工作在製冰模式時，蓄冷冰盒49裡製得的冰可以取出使用。
光伏電池板1包括若干塊，若干塊光伏電池板1通過合頁6鉸接連接，摺疊狀態下，光伏電池板1貼合於冰箱箱體41的表面。在摺疊收起狀態下，光伏電池板1與冰箱箱體41有機地結合在了一起，既增加了冰箱的保溫性，又提高的系統的一體性、便攜性和美觀度。本發明中，光伏電池板1為單晶或多晶矽電池板，由4塊較小面積電池板組成。
冰箱箱體41與光伏電池板1之間通過可收縮的支架7連接，支架7的一端與冰箱箱體41可轉動地連接，支架7的另一端與相鄰的兩塊光伏電池板1之間的連接處連接。支架7可以調節展開狀態的光伏電池板1與水平面之間的夾角，滿足一年中不同時期太陽高度角不同的使用場景。支架7的下端與冰箱箱體41的下部連接，所以並不影響箱蓋的打開和取放物品。
冰箱箱體41的厚度大於5cm，以保證戶外使用中良好的保溫效果。冰箱箱體1包括金屬材質的內殼、金屬材質的外殼和設置於內殼和外殼之間的環戊烷發泡保溫材料層。
冰箱箱體41的外表面設置有反光塗層，反射照在冰箱箱體41的陽光，降低太陽輻照造成冰箱內部的冷量損失。
本發明的工作原理為：
太陽光線照射到光伏電池板1上產生直流電能，當太陽輻照達到直流變頻壓縮機42的最小啟動強度時，冰箱以最低轉速啟動，可以確保冰箱在較低輻照條件下也能夠順利啟動運行，同時保護系統部件的安全；冰箱內部直流風扇48也隨之啟動，在冰箱內部形成強制對流換熱，加快內部空間的冷卻速度；輻照強度發生變化時，太陽輻照傳感器2及直流電壓變送器3組成的壓縮機調速信號發生模塊輸出的調速電壓信號大小也隨之發生變化，壓縮機控制器43根據接收到的調速電壓信號不同，輸出相應頻率的PWM信號，驅動直流變頻壓縮機42運轉，以達到壓縮機轉速隨輻照強度變化而變化的目的；製冷量也隨著輻照強度變化而變化，輻照強度越強，製冷量越多，能量利用率越高。
通過將溫控器44和壓縮機調速信號發生模塊串聯之後接入壓縮機控制器43，調節溫控器44的設定值，本發明可實現兩種工作模式：普通恆溫製冷模式和強制製冷製冰模式，具體實現方式為當溫控器44設定為定值溫度，箱內溫度高於該溫度值時，溫控器44導通，直流變頻壓縮機42隨調速信號變化改變轉速工作，迅速降溫達到溫度設定值後，溫控器44斷路，直流變頻壓縮機42停機，溫度回升後，溫控器44又恢復導通狀態，直流變頻壓縮機42重新開始工作。如此循環，冰箱內部穩定在一定溫度範圍內，滿足一些應用場景下對溫度的要求；另一種模式是將溫控器44設定為始終導通狀態，此模式下直流變頻壓縮機42連續工作製冰蓄冷。
總之，本發明至少具有如下有益效果：
第一，在系統中，使用直流變頻壓縮機42相較於交流變頻壓縮機，沒有逆變過程造成的能量損失，克服了交流變頻壓縮機的電磁噪音與轉子損耗，具有比交流變頻壓縮機效率高與噪音低的優點；直流變頻壓縮機42能以較小轉速啟動，實現軟啟動功能，降低對啟動電流的要求，保證低輻照條件下也能成功啟動運行，同時也保護了系統部件的安全。
第二，系統中免去了蓄電池，大大降低了系統的成本，簡化了系統的結構組成，減輕了系統重量，使系統更加便攜。
第三，根據輻照信號強弱，調節壓縮機轉速，符合獨立光伏系統中能量的供需規律，系統的能量利用效率更高，製冷速率更快，滿足在戶外使用光伏冰箱快速製冷的需求。
第四，壓縮機轉速主動跟隨輻照強度變化而變化的另一大優點就是，在直驅系統中可以避免輻照不穩定所造成的壓縮機頻繁啟停問題，保護設備安全。
第五，將光伏電池板1與冰箱箱體41通過合頁、支架7有機地結合在了一起，增加了系統的一體性和便攜性，也更加美觀；在夜晚或無輻照的情況下，摺疊收起光伏電池板1，使其成為冰箱箱體41的一部分，增加了冰箱的保溫性，使內部低溫環境維持更長時間。
第六，光伏電池板1的支架7角度可調，可最大限度地接收可利用的輻照資源。
第七，冰箱箱體41外表面噴塗反光塗層，在戶外使用時，能夠反射照射到箱體上的太陽輻照，減少額外的熱，降低冷量損失。
第八，可攜式冰箱內部使用直流小風扇，使內部形成強制對流換熱，快速降溫，這也更加符合在戶外使用的場景需求。
本發明不使用電網電能，能夠滿足偏遠地區和戶外使用場景的用冷需求，對更有效地利用可再生能源具有深遠意義。
根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。