CN105953494A - 太阳能双系统冰箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能双系统冰箱。包括冰箱箱体、太阳能光伏供电装置、直流变频压缩机、第一冷凝器、毛细管、第一蒸发器、吸附床、第二冷凝器、控制阀、储液罐、第二蒸发器；其中直流变频压缩机、第一冷凝器和毛细管位于冰箱箱体外部；第一蒸发器位于冰箱箱体内；吸附床通过连接管道依次直接与第二冷凝器、储液罐以及第二蒸发器相连，储液罐与第二蒸发器间的管道上设有控制阀，第二蒸发器位于冰箱箱体内部，第二冷凝器、控制阀与储液罐位于冰箱箱体外侧的上部。本发明通过太阳能平板式吸附制冷系统和太阳能光伏直流制冷系统的整合实现光伏光热综合利用，并可采用廉价的光伏电池实现较高的光伏发电效率，显著提高了太阳能冰箱的总效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种太阳能冰箱，特别涉及一种由太阳能吸附制冷系统和太阳能光伏直流制冷系统构成的复合系统。
背景技术
太阳能是清洁可再生能源，在现代社会中的应用非常广泛。太阳能冰箱在偏远地区疫苗、药品、食品的储存上发挥着重要作用，其中太阳能光伏冰箱和太阳能吸附冰箱最贴近实用，但这两种太阳能冰箱的应用和推广上仍各自存在一些问题。
太阳能光伏制冷由太阳能光伏发电驱动冰箱压缩机制冷，其多采用在常温下光电转换效率较高的晶硅光伏电池，具有在白天制冷效果好、能量利用率高等优点，但夜间压缩机制冷时需要使用蓄电池中储存的电能，电能二次转化效率较低，其蓄电模块笨重且昂贵，再加上晶硅光伏电池较高的价格，系统的经济性仍有待提高。
太阳能吸附制冷技术中较为成熟的是平板式吸附制冷技术，白天由吸附床集热，吸附床内吸附材料在高温下释放出被吸附的工质，气体工质经冷凝液化储存，夜间吸附床打开玻璃盖板，温度降低后吸附材料开始吸附工质，则液化储存的工质不断汽化吸热，达到制冷目的。太阳能平板式吸附制冷系统结构及运行控制简单，系统功率与季节高度匹配，适合在昼夜温差较大的地区应用，但是一天只能进行一次制冷循环，存在只能在夜间制冷，制冷功率较小，受太阳辐照变化影响大的缺陷。
非晶硅光伏电池的生产过程耗电少，无污染，发电效率接近于多晶硅电池而生产成本只有多晶硅电池的三分之一。限制非晶硅电池进一步推广应用的主要因素在于光致衰减效应，即长时间的强光照射导致电池内部产生缺陷，降低其光电转换性能。大量的实验研究证明，对于非晶硅电池而言，在更高的温度下，这种效应会减弱。研究表明在90℃时，非晶硅电池在光致衰减稳定后具有明显高于25℃时的效率（请参考J. Rozario, A.H. Vora,
S.K. Debnath, M.J.M. Pathak, J.M. Pearce. The effects of dispatch strategy on
electrical performance of amorphous silicon-based solar photovoltaic-thermal
systems. Renewable Energy 2014；68；459-465）。而在太阳能平板式吸附制冷系统中，常用的活性炭-甲醇工质对需要较高的吸附温度（70～100℃），此温度区间非常适合非晶硅电池的长期高效发电。
发明内容
为了解决已有的太阳能冰箱中存在的缺陷，综合两种太阳能制冷方式的优点，本发明通过太阳能的光伏光热综合利用提供一种太阳能双系统冰箱。
太阳能双系统冰箱包括冰箱箱体19、太阳能光伏直流制冷系统和太阳能吸附制冷系统；
所述太阳能光伏直流制冷系统包括太阳能光伏供电装置、直流变频压缩机3、第一冷凝器4、毛细管5、第一蒸发器6；所述直流变频压缩机3、第一冷凝器4和毛细管5位于冰箱箱体19外部，所述第一蒸发器6位于冰箱箱体19内；
所述太阳能吸附制冷系统包括吸附床7、第二冷凝器8、 控制阀9、储液罐10、第二蒸发器11，吸附床7通过连接管道依次直接与第二冷凝器6、储液罐10以及第二蒸发器11相连，所述储液罐10与第二蒸发器11间的管道上设有控制阀9，所述第二蒸发器11位于冰箱箱体19内部，第二冷凝器8、控制阀9与储液罐10位于冰箱箱体19外侧的上部；
在日间，由太阳能光伏直流制冷系统维持冰箱箱体19内的低温，太阳能光伏供电装置供电，直流变频压缩机3得电工作，由压缩制冷循环稳定地为冰箱提供冷量；与此同时，太阳能吸附制冷系统中吸附床7内的吸附材料温度升高，吸附在其中的制冷工质缓慢释放，气态的制冷工质经过第二冷凝器6冷凝后液化降温，流入储液罐10中储存起来，在此过程中控制阀9多次短暂开启，使储液罐10中存储的液态制冷工质流入第二蒸发器11，维持冰箱箱体19内温度稳定；在夜间，太阳能光伏直流制冷系统停止工作，太阳能双系统冰箱由太阳能吸附制冷系统维持箱体内低温；傍晚时，吸附床7内的吸附材料与环境空气对流散热，待吸附材料温度降低至接近环境温度时控制阀9开启，此时吸附材料开始吸附制冷工质，第二蒸发器11中液态制冷工质汽化吸热维持冰箱箱体19内的低温，这个过程一直持续到第二天早晨。
进一步限定的技术方案如下：
所述太阳能光伏供电装置包括光伏电池1和控制器2，所述光伏电池1和吸附床7构成复合吸附床12；所述吸附床7包括盒状的保温壳体17，保温壳体17的顶面为玻璃盖板13，内部设有吸附材料15，光伏电池1贴合设于吸附材料15的顶面，保温壳体17的底部开设有工质出入口16；玻璃盖板13两侧的保温壳体17之间分别设有玻璃盖板开启机构14；光伏电池1接受到透过玻璃盖板13的太阳辐照。
吸附材料15均匀平铺在保温壳体17的内部，与保温壳体17内侧壁面紧密贴合。
玻璃盖板开启机构14为安装于玻璃盖板13和保温壳体17之间的手动式的窗铰链机构，由手动控制开关；关闭状态时，玻璃盖板13和保温壳体17紧密贴合；开启后玻璃盖板13与保温壳体17之间留有较大的缝隙，使吸附材料15可与空气直接对流换热。
所述控制阀9为球阀。在日间玻璃盖板开启机构14关闭时，控制阀9处于关闭状态，只在冰箱箱体19内的温度低于-20℃时短暂开启；在傍晚玻璃盖板开启机构14打开3～5小时，所述控制阀9开启并保持开启状态，直到第二天早晨玻璃盖板开启机构14关闭时重新进入关闭状态，形成循环。
所述储液罐10为可承压的密封结构的储液罐。
所述光伏电池1为晶硅电池或非晶硅电池。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
（1）本发明综合太阳能平板式吸附制冷系统和太阳能光伏直流制冷系统的优点，利用光伏制冷弥补平板式吸附制冷日间无法制冷的缺陷，利用吸附制冷替代了光伏制冷中昂贵且低效的蓄电机构，实现了太阳能冰箱领域中的光伏光热综合利用。系统制冷能力强，总效率明显提高；
（2）本发明使用复合吸附床实现光伏光热的综合利用，光伏电池可采用非晶硅电池，其白天在吸附床内高温环境下具有更高的发电效率，且成本明显低于晶硅光伏电池。
因此本发明通过太阳能平板式吸附制冷系统和太阳能光伏直流制冷系统的整合实现光伏光热综合利用，并可采用廉价的光伏电池实现较高的光伏发电效率，最终达到提高太阳能冰箱总效率的目的。
附图说明
图1为太阳能双系统冰箱的整体结构示意图。
图2为复合吸附床的剖视结构示意图。
图3为太阳能双系统冰箱的工作原理图。
上图中序号：光伏电池1、控制器2、直流变频压缩机3、第一冷凝器4、毛细管5、第一蒸发器6、吸附床7、第二冷凝器8、控制阀9、储液罐10、第二蒸发器11、复合吸附床12、玻璃盖板13、玻璃盖板开启机构14、吸附材料15、工质出入口16、保温壳体17、传热肋片18、冰箱箱体19。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例
参见图1和图3，太阳能双系统冰箱包括冰箱箱体19、太阳能光伏直流制冷系统和太阳能吸附制冷系统。
太阳能光伏直流制冷系统包括太阳能光伏供电装置、直流变频压缩机3、第一冷凝器4、毛细管5、第一蒸发器6。直流变频压缩机3、第一冷凝器4和毛细管5位于冰箱箱体19外部，第一蒸发器6位于冰箱箱体19内。
太阳能吸附制冷系统包括吸附床7、第二冷凝器8、 控制阀9、储液罐10、第二蒸发器11，吸附床7通过连接管道依次直接与第二冷凝器6、储液罐10以及第二蒸发器11相连；储液罐10与第二蒸发器11间的管道上安装有控制阀9，第二蒸发器11位于冰箱箱体19内部，第二冷凝器8、控制阀9与储液罐10位于冰箱箱体19外侧的上部。
参见图2，太阳能光伏供电装置包括光伏电池1和控制器2。参见图3，光伏电池1和吸附床7构成复合吸附床12。吸附床7包括盒状的保温壳体17，保温壳体17的顶面为玻璃盖板13，内部装有吸附材料15，吸附材料15均匀平铺在保温壳体17的内部，与保温壳体17内侧壁面紧密贴合，光伏电池1贴合安装于吸附材料15的顶面，保温壳体17的底部开设有工质出入口16；玻璃盖板13两侧和保温壳体17之间分别安装有玻璃盖板开启机构14；玻璃盖板开启机构14为安装于玻璃盖板13和保温壳体17之间的手动式的窗铰链机构，由手动控制开关。光伏电池1接受到透过玻璃盖板13的太阳辐照。图2中复合吸附床12的玻璃盖板开启机构14为关闭状态，关闭状态时，玻璃盖板13和保温壳体17紧密贴合；图2的局部放大图中的玻璃盖板开启机构14为开启状态，开启后玻璃盖板13与保温壳体17之间留有较大的缝隙，使吸附材料15可与空气直接对流换热。
本发明的工作原理说明如下：
参见图3，以日间环境温度为18～25℃、夜间环境温度为15～20℃的典型晴朗气候条件为例作如下分析。在日间，由太阳能光伏直流制冷系统维持冰箱箱体19内的低温，太阳能光伏供电装置供电，直流变频压缩机3得电工作，由压缩制冷循环稳定地为冰箱提供冷量；与此同时，复合吸附床12中的吸附床7的玻璃盖板13与保温壳体17结合使吸附材料15处于密闭的蓄热状态，当吸附材料15的温度达到70～100℃时，吸附在其中的制冷工质缓慢释放，气态的制冷工质经过第二冷凝器6冷凝后液化降温，流入储液罐10中储存起来，此过程一般需要耗时6～9小时。当压缩制冷循环提供的冷量过多而导致冰箱箱体19内温度低于-20℃时，控制阀9短暂开启，则在重力作用下储液罐10中存储的液态制冷工质少量流入第二蒸发器11，这部分温度较高的制冷工质与冰箱箱体19内环境换热，使冰箱箱体19内温度维持在-10～-20℃的范围，控制阀9多次开启使得储液罐10中储存的制冷工质全部流入第二蒸发器11中。
在夜间，太阳能光伏直流制冷系统停止工作，太阳能双系统冰箱由太阳能吸附制冷系统维持箱体内低温。傍晚时，通过玻璃盖板开启机构14打开玻璃盖板13，吸附床7内吸附材料15实现直接与环境空气对流散热，经过3～5小时吸附材料温度可降低至接近环境温度，此时控制阀9开启，吸附材料开始吸附制冷工质，第二蒸发器11中液态制冷工质缓慢汽化吸热使冰箱箱体19内温度维持在-10～-20℃的范围，这个过程一直持续到第二天早晨。
光伏电池1可采用晶硅或非晶硅电池，由于日间电池工作温度随吸附床7内温度的升高而升高，故采用非晶硅时可获得比常温下更高的发电效率。
Claims (7)
1.太阳能双系统冰箱，包括冰箱箱体（19）、太阳能光伏直流制冷系统和太阳能吸附制冷系统，其特征在于：
所述太阳能光伏直流制冷系统包括太阳能光伏供电装置、直流变频压缩机（3）、第一冷凝器（4）、毛细管（5）、第一蒸发器（6）；所述直流变频压缩机（3）、第一冷凝器（4）和毛细管（5）位于冰箱箱体19外部，所述第一蒸发器（6）位于冰箱箱体（19）内；
所述太阳能吸附制冷系统包括吸附床（7）、第二冷凝器（8）、
控制阀（9）、储液罐（10）、第二蒸发器（11），吸附床（7）通过连接管道依次直接与第二冷凝器（6）、储液罐（10）以及第二蒸发器（11）相连，所述储液罐（10）与第二蒸发器（11）间的管道上设有控制阀（9），所述第二蒸发器（11）位于冰箱箱体（19）内部，第二冷凝器（8）、控制阀（9）与储液罐（10）位于冰箱箱体（19）外侧的上部；
在日间，由太阳能光伏直流制冷系统维持冰箱箱体（19）内的低温，太阳能光伏供电装置供电，直流变频压缩机（3）得电工作，由压缩制冷循环稳定地为冰箱提供冷量；与此同时，太阳能吸附制冷系统中吸附床（7）内的吸附材料温度升高，吸附在其中的制冷工质缓慢释放，气态的制冷工质经过第二冷凝器（6）冷凝后液化降温，流入储液罐（10）中储存起来，在此过程中控制阀（9）多次短暂开启，使储液罐（10）中存储的液态制冷工质流入第二蒸发器（11），维持冰箱箱体（19）内温度稳定；在夜间，太阳能光伏直流制冷系统停止工作，太阳能双系统冰箱由太阳能吸附制冷系统维持箱体内低温；傍晚时，吸附床（7）内的吸附材料与环境空气对流散热，待吸附材料温度降低至接近环境温度时控制阀（9）开启，此时吸附材料开始吸附制冷工质，第二蒸发器（11）中液态制冷工质汽化吸热维持冰箱箱体（19）内的低温，这个过程一直持续到第二天早晨。
2.根据权利要求1所述的太阳能双系统冰箱，其特征在于：所述太阳能光伏供电装置包括光伏电池（1）和控制器（2）；所述光伏电池（1）和吸附床（7）构成复合吸附床（12）；所述吸附床（7）包括盒状的保温壳体（17），保温壳体（17）的顶面为玻璃盖板（13），内部设有吸附材料（15），光伏电池（1）贴合设于吸附材料（15）的顶面，保温壳体（17）的底部开设有工质出入口（16）；玻璃盖板（13）两侧和保温壳体（17）之间分别设有玻璃盖板开启机构（14）；光伏电池（1）接受到透过玻璃盖板（13）的太阳辐照。
3.根据权利要求2所述的太阳能双系统冰箱，其特征在于：所述吸附材料（15）均匀平铺在保温壳体（17）的内部，与保温壳体（17）内侧壁面紧密贴合。
4.根据权利要求2所述的太阳能双系统冰箱，其特征在于：所述玻璃盖板开启机构（14）为设于玻璃盖板（13）和保温壳体（17）之间的手动式的窗铰链机构，处于关闭状态时，玻璃盖板（13）和保温壳体（17）紧密贴合，处于开启状态时，玻璃盖板（13）与保温壳体（17）之间留有较大的缝隙，使吸附材料（15）可与空气直接对流换热。
5.根据权利要求1所述的太阳能双系统冰箱，其特征在于：所述控制阀（9）为球阀或膜片阀或闸阀；在日间玻璃盖板开启机构（14）关闭时，控制阀（9）处于关闭状态，只在冰箱箱体（19）内的温度低于-20℃时短暂开启；在傍晚玻璃盖板开启机构（14）打开3～5小时，所述控制阀（9）开启并保持开启状态，直到第二天早晨玻璃盖板开启机构（14）关闭时重新进入关闭状态，形成循环。
6.根据权利要求1所述的太阳能双系统冰箱，其特征在于：所述储液罐（10）为可承压的密封结构储液罐。
7.根据权利要求1所述的一种新型太阳能冰箱，其特征在于：所述光伏电池（1）为晶硅电池或非晶硅电池。
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|---|---|---|---|---|
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| CN113867424A (zh) * | 2021-10-08 | 2021-12-31 | 珠海格力电器股份有限公司 | 光伏组件、陈列柜系统及其控制方法 |
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2016
- 2016-07-01 CN CN201610507853.3A patent/CN105953494B/zh active Active
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