CN101441014A - 太阳能光伏蓄能冰箱系统 - Google Patents

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胡海楠
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏蓄能冰箱系统，包括太阳能光伏发电系统和电冰箱制冷循环系统两部分。太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池方阵、防反充二极管、控制器、蓄电池组和直流－交流逆变器组成。电冰箱制冷循环系统由压缩机、冷凝器、第一电磁阀、第二电磁阀、第一节流装置、第二节流装置、冷冻室蒸发器、冷冻室蓄冷器、冷藏室蒸发器和冷藏室蓄冷器组成。本发明中的蓄冷器在电能充足时，将多余的冷量储存起来，以供阴雨天或缺电时放冷使用。本发明可代替常规电冰箱使用，具有节能、环保、安全等特点，它充分利用了可再生能源、减少了矿物能源消耗。

Description

太阳能光伏蓄能冰箱系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能冰箱，具体地说是一种太阳能光伏蓄能冰箱系统。
背景技术
太阳能作为一种洁净的能源，既是一次能源，又是可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。经测算表明，太阳每秒能够释放出391×1021kW的能量，而辐射到地球表面的能量虽然只有它二十二亿分之一，但也相当于全世界目前发电总量的8万倍。因此太阳能资源十分丰富，是可再生能源中最引人注目、开发研究最多、应用最广泛的清洁能源。目前，太阳能利用主要是光热利用(如太阳能热水器等)和光电利用(如太阳能电池)等，从应用广泛性来看，太阳能光热利用较普遍，现在太阳能热水器已进入千家万户；而太阳能光电利用(如太阳能电池)还不普遍。电冰箱现已进入千家万户，但都是利用电能来驱动冰箱工作的。如果利用太阳能光伏电池发电来驱动冰箱工作，这将大量减少对矿物能源的消耗，达到节能环保的目的。
由于太阳能属间歇式能源，白天能提供能源、夜晚或阴雨天就不能供给能源，因此，必须解决太阳能的储存问题。为此，在太阳能光伏发电系统中，采用蓄电池组来储存白天多余的太阳能转化而成的电能，以供夜晚或阴雨天使用。在电冰箱制冷系统中，采用蓄冷器来储存冷量，以供冰箱停电时使用，它可释放冷量以维持冰箱内温度。这种系统就被称为太阳能光伏蓄能冰箱系统。目前市场上，还没有太阳能光伏蓄能冰箱。
发明内容
为了能将现有的太阳能利用到电冰箱系统中，本发明的目的在于提供一种太阳能光伏蓄能冰箱系统。该系统将太阳能光伏电池的电能经过逆变控制器后用来驱动电冰箱制冷系统工作。该系统在白天工作时既可向冰箱供电，又可将白天多余的电能向蓄电池组充电，夜晚再由蓄电池组向冰箱供电。该冰箱系统中的蓄冷器在电能充足时，将多余的冷量储存起来，以供阴雨天或缺电时放冷使用。本发明可代替常规电冰箱使用，具有节能、环保、安全等特点，它充分利用了可再生能源、减少了矿物能源消耗。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明所述的太阳能光伏蓄能冰箱系统，包括太阳能光伏发电系统和电冰箱制冷循环系统两部分。太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池方阵、防反充二极管、控制器、蓄电池组和直流-交流逆变器组成。电冰箱制冷循环系统由压缩机、冷凝器、第一电磁阀、第二电磁阀、第一节流装置、第二节流装置、冷冻室蒸发器、冷冻室蓄冷器、冷藏室蒸发器和冷藏室蓄冷器组成。
太阳能光伏电池方阵通过导线一端与防反充二极管连接、另一端分别与蓄电池组和压缩机电源接线座连接；防反充二极管一端与太阳能光伏电池方阵连接、另一端与控制器连接；控制器一端与防反充二极管连接、另一端与直流-交流逆变器连接、还有一端与蓄电池组连接；蓄电池组一端与控制器连接、另一端分别与太阳能光伏电池方阵和压缩机电源接线座连接；直流-交流逆变器一端与控制器连接、另一端与压缩机电源接线座连接。
压缩机通过制冷剂管道一端与冷凝器连接、另一端分别与冷冻室蒸发器、冷冻室蓄冷器、冷藏室蒸发器和冷藏室蓄冷器连接；冷凝器一端与压缩机连接、另一端分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接；第一节流装置一端与第一电磁阀连接、另一端分别与冷冻室蒸发器和冷冻室蓄冷器连接；第二节流装置一端与第二电磁阀连接、另一端分别与冷藏室蒸发器和冷藏室蓄冷器连接；冷冻室蒸发器和冷冻室蓄冷器并联连接后一端与第一节流装置连接、另一端分别与压缩机、冷藏室蒸发器和冷藏室蓄冷器连接；冷藏室蒸发器和冷藏室蓄冷器并联连接后一端与第二节流装置连接、另一端分别与压缩机、冷冻室蒸发器和冷冻室蓄冷器连接。
本发明中，所述的第一节流装置和第二节流装置采用毛细管或电子膨胀阀。
所述的冷冻室蒸发器、冷藏室蒸发器采用风冷翅片管式或螺旋盘管或蛇形盘管式结构。
所述的冷冻室蓄冷器、冷藏室蓄冷器采用螺旋盘管或蛇形盘管或“U”形盘管结构。
所述的冷冻室蓄冷器工作温度为-12——14℃，采用相变温度为-12——14℃的蓄冷材料。
所述的冷藏室蓄冷器工作温度为5—8℃，采用相变温度为5—8℃的蓄冷材料。
所述的太阳能光伏电池采用单晶硅电池、多晶硅电池或非晶硅电池。
所述的蓄电池采用铅酸蓄电池、硅胶蓄电池或镉镍蓄电池。
本发明在太阳能光伏蓄能冰箱系统中，光伏电池组件根据冰箱功率的大小可以进行并联或串联组成太阳能电池方阵，蓄电池也可根据需要由多块蓄电池组成蓄电池组。在太阳能光伏发电系统中，太阳能电池方阵和蓄电池组并联运行，由控制器控制蓄电池组的充放电。制冷系统中的蓄冷器分别由冷冻室蓄冷器和冷藏室蓄冷器组成，冷冻室蓄冷器的工作温度为-12——14℃，用来储存冷冻室的冷量；冷藏室蓄冷器的工作温度为5—8℃，用来储存冷藏室的冷量。这样就从太阳能的电能储存和冰箱制冷系统的冷量储存来解决太阳能光伏冰箱连续工作问题。本发明具有广阔的市场前景。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)该冰箱系统具有节能、环保、安全等特点，充分利用了可再生能源、减少了矿物能源消耗。
(2)该系统在白天工作时既可向冰箱供电，又可将白天多余的电能向蓄电池充电，夜晚再由蓄电池组向冰箱供电，可使冰箱连续工作。
(3)该冰箱系统中的蓄冷器在电能充足时，可将多余的冷量储存起来，以供阴雨天或缺电时放冷使用，维持冰箱内的温度稳定。
(4)该冰箱系统特别适用于偏远缺电和一些特殊场所，如无电网而偏僻的乡村和一些岛屿等。另外，该冰箱的使用正好与太阳能的供能时段相吻合，如夏季光照较强、太阳能最充沛，而此时冰箱的耗能也最多；冬季太阳能较弱、此时冰箱的耗能也较少。
附图说明
图1是太阳能光伏蓄能冰箱系统循环图。
附图标记如下：
1—太阳能光伏发电系统    2—电冰箱制冷循环系统
3—冷冻室                4—冷藏室
11—太阳能光伏电池方阵   12—防反充二极管
13—控制器               14—蓄电池组
15—直流-交流逆变器      21—压缩机
22—冷凝器               23—第一电磁阀
24—第二电磁阀           25—第一节流装置
26—第二节流装置         31—冷冻室蒸发器
32—冷冻室蓄冷器         41—冷藏室蒸发器
42—冷藏室蓄冷器
具体实施方式
一种本发明制作的太阳能光伏蓄能冰箱系统，由太阳能光伏发电系统和电冰箱制冷循环系统两部分构成。太阳能光伏发电系统1由太阳能光伏电池方阵11、防反充二极管12、控制器13、蓄电池组14和直流-交流逆变器15组成。电冰箱制冷循环系统2由压缩机21、冷凝器22、电磁阀23、电磁阀24、节流装置25、节流装置26、冷冻室蒸发器31、冷冻室蓄冷器32、冷藏室蒸发器41和冷藏室蓄冷器42组成。
太阳能光伏电池方阵11通过导线一端与防反充二极管12连接、另一端分别与蓄电池组14和压缩机21电源接线座连接；防反充二极管12一端与太阳能光伏电池方阵11连接、另一端与控制器13连接；控制器13一端与防反充二极管12连接、另一端与直流-交流逆变器15连接、还有一端与蓄电池组14连接；蓄电池组14一端与控制器13连接、另一端分别与太阳能光伏电池方阵11和压缩机21电源接线座连接；直流-交流逆变器15一端与控制器13连接、另一端与压缩机21电源接线座连接。
压缩机21通过制冷剂管道一端与冷凝器22连接、另一端分别与冷冻室蒸发器31、冷冻室蓄冷器32、冷藏室蒸发器41和冷藏室蓄冷器42连接；冷凝器22一端与压缩机21连接、另一端分别与第一电磁阀23和第二电磁阀24连接；第一节流装置25一端与第一电磁阀23连接、另一端分别与冷冻室蒸发器31和冷冻室蓄冷器32连接；第二节流装置26一端与第二电磁阀24连接、另一端分别与冷藏室蒸发器41和冷藏室蓄冷器42连接；冷冻室蒸发器31和冷冻室蓄冷器32并联连接后一端与第一节流装置25连接、另一端分别与压缩机21、冷藏室蒸发器41和冷藏室蓄冷器42连接；冷藏室蒸发器41和冷藏室蓄冷器42并联连接后一端与第二节流装置26连接、另一端分别与压缩机21、冷冻室蒸发器31和冷冻室蓄冷器32连接。
其工作原理叙述如下：
图1为本发明太阳能光伏蓄能冰箱系统循环图。图中省略了干燥过滤器、电子控制部分。
太阳能光伏发电系统1工作时，由太阳能光伏电池方阵11产生的直流电经过防反充二极管12、控制器13到直流-交流逆变器15后逆变成交流电供给压缩机21，驱动冰箱压缩机21工作。当白天太阳能充足时，太阳能光伏电池方阵11发出的电能除了供电冰箱使用外，多余的电能可向蓄电池组14充电，夜晚再由蓄电池组14向电冰箱供电。太阳能光伏电池方阵11和蓄电池组14的供电、充电和放电由控制器13进行控制。直流-交流逆变器15能够将太阳能光伏电池方阵11产生的直流电和蓄电池组14供应的直流电逆变成220伏的交流电供压缩机21使用。防反充二极管12是避免由于太阳能光伏电池方阵11在阴雨天或夜晚不发电时或出现短路故障时，蓄电池组14通过太阳能光伏电池方阵11放电，它串联在太阳能光伏电池方阵11的电路中，起单向导通的作用。
电冰箱制冷循环系统2工作时，制冷剂经压缩机21压缩后变成高温高压的制冷剂蒸气、然后进入冷凝器22冷凝成高温高压的制冷剂液体，从冷凝器22流出的制冷剂液体分成两路：一路经第一电磁阀23和第一节流装置25节流降压后，分别流入冷冻室蒸发器31和冷冻室蓄冷器32，流入冷冻室蒸发器31的制冷剂因蒸发吸热而产生制冷效应，流入冷冻室蓄冷器32的制冷剂因蒸发吸热而将冷量储存在冷冻室蓄冷器内。另一路经第二电磁阀24和第二节流装置26节流降压后，分别流入冷藏室蒸发器41和冷藏室蓄冷器42，流入冷藏室蒸发器41的制冷剂因蒸发吸热而产生制冷效应，流入冷藏室蓄冷器42的制冷剂因蒸发吸热而将冷量储存在冷藏室蓄冷器内。在冷冻室蒸发器31、冷冻室蓄冷器32、冷藏室蒸发器41和冷藏室蓄冷器42内蒸发吸热后的制冷剂蒸气汇合后经制冷剂管道被压缩机21吸入，制冷剂蒸气经压缩机21压缩后排出，循环往复完成冰箱的制冷和蓄冷工作过程。当冰箱冷冻室3和冷藏室4都需要工作时，控制系统将开启第一电磁阀23和第二电磁阀24，这时冷冻室蒸发器31和冷冻室蓄冷器32以及冷藏室蒸发器41和冷藏室蓄冷器42都处在工作状态。当冷冻室3温度或冷藏室4温度达到设定温度后，控制系统将关闭第一电磁阀23或第二电磁阀24，这时只有冷藏室4或冷冻室3在工作。只有当冷冻室3温度和冷藏室4温度都达到设定温度后，控制系统才关闭第一电磁阀23和第二电磁阀24，同时压缩机21停止工作。电冰箱在夜间工作时，由蓄电池组14向压缩机21供电，其制冷工作过程与上述的白天工作过程相同。电冰箱在阴雨天工作且蓄电池组14供电又不足时，这时冷冻室蓄冷器32和冷藏室蓄冷器42分别向冷冻室3和冷藏室4释放冷量，以维持冷冻室3和冷藏室4内的温度稳定。
本发明将太阳能光伏电池的电能经过逆变控制器后用来驱动电冰箱制冷系统工作。该系统在白天工作时既可向冰箱供电，又可将白天多余的电能向蓄电池组充电，夜晚再由蓄电池组向冰箱供电。该冰箱系统中的蓄冷器在电能充足时，将多余的冷量储存起来，以供阴雨天或缺电时放冷使用。本发明可代替常规电冰箱使用，具有节能、环保、安全等特点，它充分利用了可再生能源、减少了矿物能源消耗。

Claims (8)

1、一种太阳能光伏蓄能冰箱系统，其特征地于：它包括太阳能光伏发电系统(1)和电冰箱制冷循环系统(2)；
太阳能光伏发电系统(1)包括太阳能光伏电池方阵(11)、防反充二极管(12)、控制器(13)、蓄电池组(14)和直流-交流逆变器(15)；电冰箱制冷循环系统(2)包括压缩机(21)、冷凝器(22)、第一电磁阀(23)、第二电磁阀(24)、第一节流装置(25)、第二节流装置(26)、冷冻室蒸发器(31)、冷冻室蓄冷器(32)、冷藏室蒸发器(41)和冷藏室蓄冷器(42)；
太阳能光伏电池方阵(11)通过导线一端与防反充二极管(12)连接、另一端分别与蓄电池组(14)和压缩机(21)电源接线座连接；控制器(13)的一端通过防反充二极管(12)与太阳能光伏电池方阵(11)连接、第二端通过直流-交流逆变器(15)与压缩机(21)电源接线座连接、第三端通过蓄电池组(14)分别与太阳能光伏电池方阵(11)和压缩机(21)电源接线座连接；
压缩机(21)通过制冷剂管道一端与冷凝器(22)连接、另一端分别与冷冻室蒸发器(31)、冷冻室蓄冷器(32)、冷藏室蒸发器(41)和冷藏室蓄冷器(42)连接；冷凝器(22)的另一端通过第一电磁阀(23)和第一节流装置(25)与冷冻室蒸发器(31)和冷冻室蓄冷器(32)连接、并通过第二电磁阀(24)和第二节流装置(26)与冷藏室蒸发器(41)和冷藏室蓄冷器(42)连接。
2、根据权利要求1所述的太阳能光伏蓄能冰箱系统，其特征地于：所述第一节流装置(25)和第二节流装置(26)采用毛细管或电子膨胀阀。
3、根据权利要求1所述的太阳能光伏蓄能冰箱系统，其特征地于：所述冷冻室蒸发器(31)、冷藏室蒸发器(41)采用风冷翅片管式或螺旋盘管或蛇形盘管式结构。
4、根据权利要求1所述的太阳能光伏蓄能冰箱系统，其特征地于：所述冷冻室蓄冷器(32)和冷藏室蓄冷器(42)采用螺旋盘管或蛇形盘管或“U”形盘管结构。
5、根据权利要求1所述的太阳能光伏蓄能冰箱系统，其特征地于：所述冷冻室蓄冷器(32)工作温度为-12—-14℃，采用相变温度为-12——14℃的蓄冷材料。
6、根据权利要求1所述的太阳能光伏蓄能冰箱系统，其特征地于：所述冷藏室蓄冷器(42)工作温度为5—8℃，采用相变温度为5—8℃的蓄冷材料。
7、根据权利要求1所述的太阳能光伏蓄能冰箱系统，其特征地于：所述太阳能光伏电池采用单晶硅电池、多晶硅电池或非晶硅电池。
8、根据权利要求1所述的太阳能光伏蓄能冰箱系统，其特征地于：所述蓄电池采用铅酸蓄电池、硅胶蓄电池或镉镍蓄电池。
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