一种太阳能环保烤炉设计

作者:王斌;刘伟;颜鲁薪; 刊名:时代农机 上传者:李婷

【摘要】低能耗太阳环保烤炉主要包括太阳能槽式反光镜+真空管集热器光热利用系统、光伏直流电阻加热系统和控制系统。通过对机组运行进行能耗及功能分析,确定常见食材的加热时间、电能消耗、热能消耗的关系曲线线图,确定不同食材加工的一般时限并完成控制系统功能的校核,包括按钮的组合设计、显示屏参数的设计、报警及提示功能的验证、蓄电池充放电控制及电量显示等。通过控制系统实现灵活调节,优先使用光热系统、光伏系统作为辅热及备用起到节能的效果。并对烤炉进行simulink仿真试验,得到光伏、光热能量优化配置策略。

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1研制背景及意义从烤炉的角度出发,传统木炭烧烤炉明火比较危险,油烟大,燃烧后会产生二氧化碳,氧气不足时会产生一氧化碳导致人体中毒,油脂滴落在高温的木炭上会产生致癌物质等缺点。研究一款太阳能烤炉,基于太阳能利用,通过聚光设备与真空太阳能集热管构成主热机构,由光伏组件配合、蓄电池及直流加热设备构成辅热机构,充分利用太阳能资源,即使在没有光照或者光照很弱的情况下亦能完成食材烹制。该产品二氧化碳、一氧化碳排放量少,没有明火,食材可以保鲜,安全健康;充分利用太阳能光热和光伏资源,热效率高,不用耗费煤、碳、电等,污染物排放少,节能环保。2设计方案2.1太阳能光热系统如图1所示,主要由槽式反光镜、真空管集热器及相应支架构成。其中真空管集热器内需要放入食槽,食槽内有小隔间,放置不同的食材,食槽抽屉需要与真空管口保持良好的密封,保证热量流失小。槽式反光镜的追踪手动调节即可,因为食材加热时间较短,在这段时间内太阳高度角变化极小,调节时用手抽拉槽式反光镜对光。图1太阳能环保烤炉三视图2.2太阳能光伏系统如图2所示,主要有单晶硅太阳能电池板、电阻、电路及其接头构成。太阳能电池板产生电能,一部分供给直流电阻加热实物,多余的那部分电能储图2太阳能环保烤炉实物图存在蓄电池中,在太阳光比较弱时作为补充电源。电阻装在食槽底部。电池板、控制器、电阻、蓄电池之间用相应的线路连接。2.3控制系统控制系统由温度传感器、辐照仪、开关按钮、线路、处理器、报警显示装置、定时装置组成。温度传感器与定时装置结合控制不同食材的加热时间;辐照仪用来监测太阳能辐射量,完成光热与光伏能源的分配;开关按钮用来设置加热时间及不同组合程序;处理器用来编译相应操作过程的程序,完成输入与输出信号之间的装换,接收传感器及按钮的输入信号,将控制信号传递给传感器;报警显示装置提示食材相应阶段加工完成、操作不当执行保护报警等。3工作原理及性能分析3.1工作原理利用聚光集热原理和光伏发电原理来实现食物烧烤和炖煮。首先将太阳辐射能通过反光板和真空管聚光、传热、储热等,从而获取热量,实现食物烧烤、炖煮等功能。其次,光伏组件吸收太阳能转化为电能为蓄电池充电,对加热片加热,提高烧烤速度。最后,控制系统完成定时设置、报警显示、能量分配等功能。只要在有阳光的地方,将烤炉调整好角度,就可进行烧烤,并且该产品具有方便携带和存放,安全健康,节能无污染等优点,无论春夏秋冬,有足够的太阳辐照就能进行对食物的烤制,不用耗费煤、碳、电等其他资源。3.2运行能耗分析光伏发电系统、光热系统槽式反光镜+真空管加热系统、直流电阻加热系统、食材加热系统建模模型功能:可分析不同辐照量及环境温度下的光伏电池运行特性(包括P-V曲线、U-I曲线、实际的运行功率、电压、电流);计算不同辐照量下的光热吸收的净能量;计算蓄电池的放电电流;计算不同食材的加热时间(给定食材进出炉的温度、质量的情况下);光伏能量、光热能量、食材吸热能量、蓄电池储存能量的实时分配与优化分析。3.3节能试验及节能效益分析(1)社会效益。碳排放效益计算:一台电烤炉一次使用的电量为(假设使用4 h,功率为1.3 kW),消耗的电能为5.2 kW·h。使用太阳能环保烤炉,就相应节约了2.09 kg标准煤,同时减少污染排放1.39千克碳粉尘、2.52 kg二氧化碳(CO2)、1.57 kg二氧化硫(SO2)、0.0812 kg氮氧化物(NOX)。(2)其他效益。大力推广太阳能环保烤炉,可有效减少癌症病发率、可促进新能源产业的发展、生活质量提高、生活成本降低。4创新点及应用(1)通过聚光设备与真空太阳能集热

参考文献

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