基于不同负载量的光伏冰箱系统性能研究

作者:曹义泽;李明;罗熙;王云峰; 刊名:太阳能学报 上传者:邹杰

【摘要】针对光伏交流冰箱系统的工作特性进行实验研究,在空载和负载条件下对所构建的系统的运行性能进行测试.研究发现,在冰箱内放入5、6、7 kg水时,水的冷却速率分别为1.94、1.34、1.23C/h,冰箱耗功分别为1.1、1.9、2.1 kWh,系统性能系数(COP)分别为0.24、0.29、0.34.在相同辐照强度条件下,负载质量越大,冰箱功耗越高,系统COP越大,从冰箱的使用寿命和系统的经济性考虑,在应用光伏冰箱时应尽量避免箱内负载过大或超负荷使用.

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0引言太阳能是一种清洁能源,取之不尽用之不竭,不会产生温室气体,正因如此太阳能利用在不同领域的引用逐渐增加,在日常生活中应用较广泛的是光伏制冷。在偏远山区或远离电网的地区很难用冰箱来储存食物或药品,为了解决这个问题,国内外很多学者将研究重点转向光伏制冷。Axaopoulos等[1]设计了一种无蓄电池的光伏制冷装置,采用一个新型的控制器控制4个压缩机工作,实验结果表明该控制器保证系统可靠稳定运行,太阳能驱动压缩机运行的功率将近9.2%,在辐照度低到150W/m2时电池板仍可在最大功率点工作。Bilgili[2]通过瞬时太阳辐照度对光伏冰箱系统进行了性能模拟和实验研究,研究表明系统的电池板面积随冰箱蒸发器温度的降低而增加。Ekren等[3]通过对光伏直流冰箱系统实验对其进行分析,研究表明在冰箱低负载时系统的效率为0.859%,太阳电池板的转换效率也会影响到系统的效率,而且损失大多集中在太阳电池板上。Aktacir[4]设计了一种多功能光伏冰箱并对其运行状况进行实验测试,结果表明当室内外平均温度分别为26.3、24.9时冰箱最低温度可达-10.6,该光伏冰箱系统在该地区可稳定良好的运行。国内的刘群生等[5,6]对光伏直流冰箱系统性能进行了实验研究,结果表明该系统冷冻温度最低可达-16,冷藏室温度0~10,在环温25和31时空箱运转率分别为48.0%和63.2%,提出在冰箱压缩机工作时尽量接近等熵压缩,减少制冷剂在压缩机中的流动损失,提高系统的效率。杨双等[7,8]提出一种光伏直流蓄冷冰箱系统,对系统进行了深入分析和实验研究,结果表明该系统冰温室最低温度达到-14,冷藏室温度0~5,保鲜盒保持在5~10,蓄电池单独供电时可保证系统连续运行2d以上。黄福林[9]介绍了一种太阳能调速冰箱系统,系统的变频电路采用一种新型的全数字式正弦脉宽调制(SPWM)方法,可对压缩机进行无级调速,实现电冰箱温度的自动控制和连续运行。国内对于光伏冰箱系统的研究相对国外起步较晚,国内大多是对光伏直流冰箱系统进行了研究,或是对光伏交流冰箱系统的结构和控制性能进行研究。本文针对不同负载对系统性能特性的影响进行实验研究,为光伏交流冰箱的深入研究提供一定的参考依据。1系统组成及工作原理该光伏交流冰箱系统由光伏系统单元和制冷单元两个单元组成。光伏系统单元包括光伏组件、控制器、逆变器;制冷单元包括冰箱以及用来储能的蓄电池。在晴天条件下,光伏组件接收太阳能转换为电能,通过逆变器将直流电转换为交流电驱动冰箱工作,多余的电能存储在蓄电池中;在夜间或阴雨条件下,蓄电池输出直流经逆变器转换为交流电驱动冰箱运行。冰箱制冷工质为R134a,容积为117L,上层冷冻室和下层冷藏室的容积分别为29、88L,冰箱外部采用25m厚的聚氨酯泡沫隔热。自动调温器固定在冷藏室中,可从0调至5,冰箱内部无自动除霜装置。图1光伏冰箱系统原理图Fig.1Schematicdiagramofthephotovoltaicrefrigerator2理论计算1)电冰箱运转率又叫电冰箱的工作时间系数,用B表示,它是衡量电冰箱质量优劣的重要参数。当冰箱平稳运行以后,从压缩机自动启动开始,经过自动停机阶段直到下一次再启动为止所用时间为一个运转周期T,在这个周期内压缩机运转制冷的时间叫运转时间或开机时间T1,而压缩机暂时停止运转的时间叫停机时间T2,那么运转率B[10]为:B=T1T2=T1T1+T2(1)2)冷却速率是单位时间内物体温度的减少量,用V表示,假设物体刚开始温度为t0,经过时间后物体的平均温度为t1,那么冷却速率V为:V=

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