CN106642902B - 带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，包括光伏发电组件、热电自适应降温组件和直流冰箱组件；光伏发电组件包括光伏电池板、直流熔断器和最大功率跟踪模块；热电自适应降温组件包括相互连接的温差发电片和直流风扇；直流冰箱组件包括冰箱箱体和直流变频压缩机、直流压缩机控制器和温控器。本发明通过加入热电自适应降温组件，自适应调节内部风扇转速，帮助内容物快速降温，有利于冷量的及时转移，更加符合在户外使用的场景需求。而且该系统根据光伏板可用最大功率，调节压缩机转速，系统的能量利用效率更高，制冷速率更快，满足在户外使用光伏冰箱快速制冷的需求。

Description

带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，人们进行户外旅游的机会越来越多，在户外旅游的过程中通常会有对制冷的需求；偏远地区医疗人员行医过程中携带的疫苗等药品也有冷藏需求；军队移动作战中的军事和军人的生活用冷也对制冷技术提出了要求。这些应用场景中不断扩大的用冷需求促进了移动制冷技术的不断发展。
光伏便携式冰箱就属于移动制冷技术的应用，其使用太阳能作为能源，取之不尽且环境友好。光伏冰箱具有良好的季节匹配性，即夏天辐照强制冷功率大，同时冷量需求也大，冬季反之。光伏便携式冰箱的使用不受地理位置的限制，可以满足电网未覆盖的偏远地区的制冷需求，亦可满足人们户外出行中的制冷需要。这些市场需求以及光伏冰箱良好的节能和环保属性为其推广应用奠定了基础。
现有研究中光伏冰箱系统基本由光伏电池组件、控制器、蓄电池、逆变器、直流或交流冰箱组成，蓄电池的使用虽然可以在一定程度上缓解光伏冰箱受太阳辐照的限制，但缺点也较多，如大大增加了系统重量、降低便携性、成本高、污染重、充放电环节效率低等。不使用蓄电池作为储能装置，将光伏电池板直接与直流冰箱连接驱动冰箱运转的系统被称为便携式光伏直驱冰箱系统，便携式光伏直驱冰箱系统能够提高系统的运行效率，降低系统的投资成本，简化系统的结构组成。
冰箱中使用直流变频压缩机能够降低启动电流，低辐照条件下更容易启动运转；为了让冰箱在没有太阳辐照的情况下也能保证内部温度在一定时间范围内满足需求，可以在冰箱内部设置冰盒蓄冷，成本低廉，却能达到和蓄电池类似的效果。但是受限于太阳辐照不稳定的弊端，直驱冰箱可能存在当太阳辐照强度变化较大时压缩机频繁启停的问题；另外户外使用中如何给冰箱内容物快速降温，使蒸发器冷量有效地转移至内容物，也是需要解决的问题。
有鉴于此，确有必要提供一种带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，其通过加入热电自适应降温组件，自适应调节内部风扇转速，帮助内容物快速降温，有利于冷量的及时转移，更加符合在户外使用的场景需求。而且该系统根据光伏板可用最大功率，调节压缩机转速，符合独立光伏系统中能量的供需规律，系统的能量利用效率更高，制冷速率更快，满足在户外使用光伏冰箱快速制冷的需求。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，其通过加入热电自适应降温组件，自适应调节内部风扇转速，帮助内容物快速降温，有利于冷量的及时转移，更加符合在户外使用的场景需求。而且该系统根据光伏板可用最大功率，调节压缩机转速，符合独立光伏系统中能量的供需规律，系统的能量利用效率更高，制冷速率更快，满足在户外使用光伏冰箱快速制冷的需求。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，包括光伏发电组件、热电自适应降温组件和直流冰箱组件；
所述光伏发电组件包括光伏电池板、直流熔断器和最大功率跟踪模块，所述直流熔断器设置于所述光伏电池板与所述最大功率跟踪模块之间；
所述热电自适应降温组件包括相互连接的温差发电片和直流风扇；
所述直流冰箱组件包括冰箱箱体和设置于所述冰箱箱体内的直流变频压缩机、直流压缩机控制器和温控器，所述最大功率跟踪模块与所述温控器串接后与所述直流压缩机控制器连接，所述直流压缩机控制器的输出接口与所述直流变频压缩机连接，所述直流风扇设置于所述冰箱箱体内，所述温差发电片设置于所述冰箱箱体的外壳上。
作为本发明带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述直流冰箱组件还包括冷凝器、毛细管和蒸发器，所述冷凝器、所述毛细管和所述蒸发器均设置于所述冰箱箱体内，所述直流变频压缩机依次通过所述冷凝器和所述毛细管与所述蒸发器连接，所述蒸发器与所述直流变频压缩机连接。
作为本发明带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述冰箱箱体内设置有蓄冷冰盒，所述蓄冷冰盒靠近所述蒸发器设置。
作为本发明带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述蓄冷冰盒通过卡扣固定于所述冰箱箱体的内壁上。
作为本发明带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述温差发电片靠近所述冷凝器设置。
作为本发明带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述最大功率跟踪模块包括电流检测器、电压检测器、MPPT控制器、微处理器和调速信号发生器，所述电流检测器的输出端和所述电压检测器的输出端均与所述MPPT控制器连接，MPPT控制器通过所述微处理器与所述调速信号发生器连接，所述电流检测器和所述电压检测器均与所述直流压缩机控制器连接，所述温控器和所述调速信号发生器串联之后接入所述直流压缩机控制器。
作为本发明带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述光伏电池板包括若干块，若干块所述光伏电池板通过合页铰接连接，折叠状态下，所述光伏电池板贴合于所述冰箱箱体的表面。
作为本发明带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述冰箱箱体与所述光伏电池板之间通过可收缩的支架连接，所述支架的一端与所述冰箱箱体可转动地连接，所述支架的另一端与相邻的两块所述光伏电池板之间的连接处连接。
作为本发明带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述冰箱箱体的厚度大于5cm，所述冰箱箱体包括金属材质的内壳、金属材质的外壳和设置于所述内壳和所述外壳之间的环戊烷发泡保温材料层；所述冰箱箱体的外表面设置有反光涂层。
相对于现有技术，本发明至少具有如下有益效果：
第一，在系统中，使用直流变频压缩机相较于交流变频压缩机，没有逆变过程造成的能量损失，克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪音低的优点；直流变频压缩机能以较小转速启动，实现软启动功能，降低对启动电流的要求，保证低辐照条件下也能成功启动运行，同时也保护了系统部件的安全。
第二，加入热电自适应降温组件，自适应调节内部风扇转速，帮助内容物快速降温，有利于冷量的及时转移，更加符合在户外使用的场景需求。
第三，系统中免去了蓄电池，大大降低了系统的成本，简化了系统的结构组成，减轻了系统重量，使系统更加便携。
第四，通过设置最大功率跟踪模块，该系统可以根据光伏板可用最大功率，调节压缩机转速，符合独立光伏系统中能量的供需规律，系统的能量利用效率更高，制冷速率更快，能够满足在户外使用光伏冰箱快速制冷的需求。
第五，压缩机转速主动跟随最大功率变化而变化的另一大优点就是，在直驱系统中可以避免辐照不稳定所造成的压缩机频繁启停问题，保护设备安全。
第六，将光伏电池板与冰箱箱体通过合页、支架有机地结合在了一起，增加了系统的一体性和便携性，也更加美观；在夜晚或无辐照的情况下，折叠收起光伏电池板，使其成为冰箱箱体的一部分，增加了冰箱的保温性，使内部低温环境维持更长时间。
第七，光伏电池板的支架角度可调，可最大限度地接收可利用的辐照资源。
第八，冰箱箱体外表面喷涂反光涂层，在户外使用时，能够反射照射到箱体上的太阳辐照，减少额外得热，降低冷量损失。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图。
图2为本发明中最大功率跟踪模块的内部结构图。
图3为本发明中热电自适应降温组件的结构图。
图4为本发明的使用状态图之一(光伏电池板折叠收起时)。
图5为本发明的使用状态图之二(光伏电池板折叠撑起时)。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但是，本发明的具体实施方式并不限于此。
如图1至图5所示，本发明提供的带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，包括光伏发电组件1、热电自适应降温组件2和直流冰箱组件3；
光伏发电组件1包括光伏电池板11、直流熔断器12和最大功率跟踪模块13，直流熔断器12设置于光伏电池板11与最大功率跟踪模块13之间；最大功率跟踪模块13能够检测光伏电池板11的最大功率，其包含的微处理器能够产生压缩机调速信号，将调速信号接入直流压缩机控制器33，调节压缩机转速，始终保持压缩机工作在光伏电池板11的最大功率点。
热电自适应降温组件2包括相互连接的温差发电片21和直流风扇22；
直流冰箱组件3包括冰箱箱体31和设置于冰箱箱体31内的直流变频压缩机32、直流压缩机控制器33和温控器34，最大功率跟踪模块13与温控器34串接后与直流压缩机控制器33连接，直流压缩机控制器33的输出接口与直流变频压缩机32连接，直流风扇22设置于冰箱箱体31内，温差发电片21设置于冰箱箱体31的外壳上。直流变频压缩机32具有软启动(在较低转速下启动)功能。直流压缩机控制器33具有直流电源接入接口和调速信号接入接口，输出方面具有直流压缩机供电输出。
太阳光直射到光伏电池板11上，光伏电池板11将光能转换为电能通过输电线将电能供给直流压缩机控制器33。直流熔断器12能够防止压缩机在启动阶段瞬间电流过大而损毁系统部件。
直流冰箱组件3还包括冷凝器35、毛细管36和蒸发器37，冷凝器35、毛细管36和蒸发器37均设置于冰箱箱体31内，直流变频压缩机32依次通过冷凝器37和毛细管36与蒸发器37连接，蒸发器37与直流变频压缩机32连接。直流压缩机控制器33、直流变频压缩机32、冷凝器35、毛细管36和蒸发器37共同形成制冷回路。直流压缩机控制器33的一路输出接口接入直流变频压缩机32，直流变频压缩机32作为制冷回路的心脏，为制冷剂在管道中流动提供了源源不断的动力，经直流变频压缩机32压缩后的高温高压状态的制冷剂蒸气排出后，经管道流动至冷凝器35释放热量到环境中，冷凝器35布置在冰箱箱体31内，压紧在外壳金属壁内部；冷凝后的制冷剂流体再经毛细管36等焓膨胀为低温低压的制冷剂液体，后经蒸发器37蒸发吸热，恢复蒸汽状态，又回流到直流变频压缩机32中，完成一个制冷循环，蒸发器37布置在冰箱箱体31内，压紧在内壁金属壳内侧。
冰箱箱体31内设置有蓄冷冰盒38，蓄冷冰盒38靠近蒸发器37设置。蓄冷冰盒49的材料为铝或不锈钢，蓄冷冰盒38通过卡扣固定于冰箱箱体31的内壁上，无需蓄冷时可将其取出，为物品迅速降温；蓄冷冰盒38内容物为普通纯净水，当冰箱工作在制冰模式时，蓄冷冰盒38里制得的冰可以取出使用。
温差发电片21靠近冷凝器35设置。本实施例中，温差发电片21贴附在冰箱外壳靠近冷凝器35处，与5V直流风扇22直接相连，直流风扇22布置在冰箱箱体31内，当系统稳定运转起来后，冷凝器35与环境建立足够温差，直流风扇22也随即运行，直流变频压缩机32运行转速变化时，冷凝器35温度也发生变化，导致温差发电片21的功率改变，直流风扇22转速随之变化，与此时蒸发器37需要释放的冷量相适应，有利于冷量从制冷剂到内容物的转移。具体而言，冰箱工作时冷凝器35附近温度最高可达60℃，与环境温差最大可达40℃，能够为温差发电片21提供足够的温度势能，温差发电片21与布置在冰箱箱体31内的直流风扇22直接相连，当系统运转起来之后，直流风扇22也随即运行，随着压缩机运行转速提高，冷凝器35温度越高，此时温差发电片21所发电能越充足，风扇转速越快，在冰箱内部形成强制对流换热，快速给内容物降温。
最大功率跟踪模块13包括电流检测器131、电压检测器132、MPPT控制器133、微处理器134和调速信号发生器135，电流检测器131的输出端和电压检测器132的输出端均与MPPT控制器133连接，MPPT控制器133通过微处理器134与调速信号发生器135连接，电流检测器131和电压检测器132均与直流压缩机控制器33连接，温控器34和调速信号发生器135串联之后接入直流压缩机控制器33。电流检测器131、电压检测器132将电流电压信息传递给MPPT控制器13后，MPPT控制器13将此时功率信息传送到微处理器134，微处理器134将此功率值与通过调速信号发生器135调节压缩机转速得到的功率值比较，从而追踪光伏电池板11的最大功率，保证冰箱压缩机运行在最大功率条件下。通过设置温控器34可以实现冰箱内部温度的控制，调速信号发生器135和温控器34协同工作可以实现冰箱在普通恒温制冷和强制制冷制冰两种模式之间切换。
光伏电池板11包括若干块，若干块光伏电池板11通过合页4铰接连接，折叠状态下，光伏电池板11贴合于冰箱箱体31的表面。在折叠收起状态下，光伏电池板1与冰箱箱体31有机地结合在了一起，既增加了冰箱的保温性，又提高的系统的一体性、便携性和美观度。本发明中，光伏电池板11为单晶或多晶硅电池板，由4块较小面积电池板组成。
冰箱箱体31与光伏电池板11之间通过可收缩的支架5连接，支架5的一端与冰箱箱体31可转动地连接，支架5的另一端与相邻的两块光伏电池板11之间的连接处连接。支架5可以调节展开状态的光伏电池板11与水平面之间的夹角，满足一年中不同时期太阳高度角不同的使用场景。支架5的下端与冰箱箱体31的下部连接，所以并不影响箱盖的打开和取放物品。
冰箱箱体31的厚度大于5cm，以保证户外使用中良好的保温效果。冰箱箱体31包括金属材质的内壳、金属材质的外壳和设置于内壳和外壳之间的环戊烷发泡保温材料层；冰箱箱体31的外表面设置有反光涂层，反射照在冰箱箱体31的阳光，降低太阳辐照造成冰箱内部的冷量损失。
本发明的工作原理为：太阳光线照射到光伏电池板11上产生直流电能，当太阳辐照达到冰箱的直流变频压缩机32的最小启动强度时，冰箱以最低转速启动，可以确保冰箱在较低辐照条件下也能够顺利启动运行，同时保护系统部件的安全；冰箱内部直流风扇22在温差发电片21的驱动下也随之启动，在冰箱内部形成强制对流换热；辐照强度发生变化时，最大功率跟踪模块13能够跟踪光伏电池板11的最大功率，调节直流变频压缩机32转速跟随最大功率，制冷量也随着辐照强度变化而变化，辐照越强，制冷量越多，同时冷凝器35的温度越高，温差发电片21的功率越大，直流风扇22转速越快，内容物降温速率越快，这就是热电自适应降温组件2的自适应性，有利于将冷量及时转移至内容物。
通过将温控器34和调速信号发生器135串联之后接入直流压缩机控制器33，调节温控器34的设定值，本发明装置可实现两种工作模式：普通恒温制冷模式和强制制冷制冰模式，具体实现方式为当温控器34设定为定值温度，冰箱箱体31的箱内温度高于该温度值时，温控器34导通，直流变频压缩机32随调速信号变化改变转速工作，迅速降温达到温度设定值后，温控器34断路，直流变频压缩机32停机，温度回升后，温控器34又恢复导通状态，直流变频压缩机32重新开始工作。如此循环，冰箱箱体31内部稳定在一定温度范围内，满足一些应用场景下对温度的要求；另一种模式是将温控器34设定为始终导通状态，此模式下直流变频压缩机32连续工作制冰蓄冷。
总之，本发明至少具有如下有益效果：
第一，在系统中，使用直流变频压缩机33相较于交流变频压缩机，没有逆变过程造成的能量损失，克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪音低的优点；直流变频压缩机33能以较小转速启动，实现软启动功能，降低对启动电流的要求，保证低辐照条件下也能成功启动运行，同时也保护了系统部件的安全。
第二，加入热电自适应降温组件2，自适应调节内部风扇转速，帮助内容物快速降温，有利于冷量的及时转移，更加符合在户外使用的场景需求。
第三，系统中免去了蓄电池，大大降低了系统的成本，简化了系统的结构组成，减轻了系统重量，使系统更加便携。
第四，通过设置最大功率跟踪模块13，该系统可以根据光伏板可用最大功率，调节压缩机转速，符合独立光伏系统中能量的供需规律，系统的能量利用效率更高，制冷速率更快，能够满足在户外使用光伏冰箱快速制冷的需求。
第五，压缩机转速主动跟随最大功率变化而变化的另一大优点就是，在直驱系统中可以避免辐照不稳定所造成的压缩机频繁启停问题，保护设备安全。
第六，将光伏电池板11与冰箱箱体31通过合页4、支架5有机地结合在了一起，增加了系统的一体性和便携性，也更加美观；在夜晚或无辐照的情况下，折叠收起光伏电池板11，使其成为冰箱箱体31的一部分，增加了冰箱的保温性，使内部低温环境维持更长时间。
第七，光伏电池板11的支架5角度可调，可最大限度地接收可利用的辐照资源。
第八，冰箱箱体31外表面喷涂反光涂层，在户外使用时，能够反射照射到箱体上的太阳辐照，减少额外得热，降低冷量损失。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：包括光伏发电组件、热电自适应降温组件和直流冰箱组件；所述光伏发电组件包括光伏电池板、直流熔断器和最大功率跟踪模块，所述直流熔断器设置于所述光伏电池板与所述最大功率跟踪模块之间；所述热电自适应降温组件包括相互连接的温差发电片和直流风扇；
所述直流冰箱组件包括冰箱箱体和设置于所述冰箱箱体内的直流变频压缩机、直流压缩机控制器和温控器，所述最大功率跟踪模块与所述温控器串接后与所述直流压缩机控制器连接，所述直流压缩机控制器的输出接口与所述直流变频压缩机连接，所述直流风扇设置于所述冰箱箱体内，所述温差发电片设置于所述冰箱箱体的外壳上；
所述直流冰箱组件还包括冷凝器、毛细管和蒸发器，所述冷凝器、所述毛细管和所述蒸发器均设置于所述冰箱箱体内，所述直流变频压缩机依次通过所述冷凝器和所述毛细管与所述蒸发器连接，所述蒸发器与所述直流变频压缩机连接；
所述温差发电片的热端靠近所述冷凝器设置，所述温差发电片的冷端与冰箱外界的环境接触，且所述温差发电片与所述冰箱箱体内的直流风扇直接相连。
2.根据权利要求1所述的带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述冰箱箱体内设置有蓄冷冰盒，所述蓄冷冰盒靠近所述蒸发器设置。
3.根据权利要求2所述的带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述蓄冷冰盒通过卡扣固定于所述冰箱箱体的内壁上。
4.根据权利要求1所述的带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述最大功率跟踪模块包括电流检测器、电压检测器、MPPT控制器、微处理器和调速信号发生器，所述电流检测器的输出端和所述电压检测器的输出端均与所述MPPT控制器连接，MPPT控制器通过所述微处理器与所述调速信号发生器连接，所述电流检测器和所述电压检测器均与所述直流压缩机控制器连接，所述温控器和所述调速信号发生器串联之后接入所述直流压缩机控制器。
5.根据权利要求1所述的带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述光伏电池板包括若干块，若干块所述光伏电池板通过合页铰接连接，折叠状态下，所述光伏电池板贴合于所述冰箱箱体的表面。
6.根据权利要求5所述的带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述冰箱箱体与所述光伏电池板之间通过可收缩的支架连接，所述支架的一端与所述冰箱箱体可转动地连接，所述支架的另一端与相邻的两块所述光伏电池板之间的连接处连接。
7.根据权利要求1所述的带有热电自适应降温组件的便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述冰箱箱体的厚度大于5cm，所述冰箱箱体包括金属材质的内壳、金属材质的外壳和设置于所述内壳和所述外壳之间的环戊烷发泡保温材料层；所述冰箱箱体的外表面设置有反光涂层。
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Denomination of invention: Portable photovoltaic direct drive refrigerator system with thermoelectric adaptive cooling component

Effective date of registration: 20230721

Granted publication date: 20220603

Pledgee: China Co. truction Bank Corp Dongguan branch

Pledgor: GUANGDONG FIVESTAR SOLAR ENERGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980049390