CN106766491A - 压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，包括光伏电池板、太阳辐照传感器、直流电压变送器和直流变频冰箱，光伏电池板与压缩机控制器连接，太阳辐照传感器和直流电压变送器共同组成压缩机调速信号发生模块，压缩机调速信号发生模块与温控器串接后与压缩机控制器连接，压缩机控制器的输出接口与直流变频压缩机连接。相对于现有技术，本发明可以避免当太阳辐照强度变化较大时压缩机频繁启停的问题，该系统根据辐照信号强弱，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。

Description

压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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，尤其涉及一种压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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，其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，主要有以下几点：

1、蓄电池往往是系统部件中重量最重的，会大大降低系统的便携性和可移动性；

2、蓄电池的使用会大大增加系统的初期投资成本，蓄电池的寿命相较于系统其他部件要短得多，一般只有两到三年，后期维护更换也会增加成本；

3、蓄电池的储能和能量释放利用——两次能量的转换转化过程大大降低了系统的综合效率；

4、蓄电池的生产使用和最后的回收处理过程中都有可能对环境产生严重的废物污染。

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没有蓄电池充放电和逆变环节，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，增加系统的实用性；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；太阳辐照强度变化时，发电功率也随之变化，如何更有效地利用发出来的电，也是一个需要解决的问题。

有鉴于此，确有必要提供一种压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，其可以避免当太阳辐照强度变化较大时压缩机频繁启停的问题，而且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。该系统根据辐照信号强弱，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。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，其可以避免当太阳辐照强度变化较大时压缩机频繁启停的问题，而且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。该系统根据辐照信号强弱，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。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，包括光伏电池板、太阳辐照传感器、直流电压变送器和直流变频冰箱，所述直流变频冰箱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、压缩机控制器和温控器，所述光伏电池板与所述压缩机控制器连接，所述太阳辐照传感器和所述直流电压变送器共同组成压缩机调速信号发生模块，所述压缩机调速信号发生模块与所述温控器串接后与所述压缩机控制器连接，所述压缩机控制器的输出接口与所述直流变频压缩机连接。

作为本发明压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述光伏电池板通过直流熔断器与所述压缩机控制器连接。

作为本发明压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述直流变频冰箱还包括冷凝器、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。

作为本发明压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，所述直流变频压缩机的另一个输出接口连接有直流风扇，并且所述直流风扇设置于所述冰箱箱体内。

作为本发明压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

作为本发明压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

作为本发明压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

作为本发明压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

作为本发明压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

作为本发明压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统的一种改进，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，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。

第三，根据辐照信号强弱，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。

第四，压缩机转速主动跟随辐照强度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。

第五，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。

第六，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。

第七，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，减少额外的热，降低冷量损失。

第八，便携式冰箱内部使用直流小风扇，使内部形成强制对流换热，快速降温，这也更加符合在户外使用的场景需求。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

图2为本发明的使用状态图之一(光伏电池板折叠收起时)。

图3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3所示，本发明提供的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，包括光伏电池板1、太阳辐照传感器2、直流电压变送器3和直流变频冰箱4，直流变频冰箱4包括冰箱箱体41和设置于冰箱箱体41内的直流变频压缩机42、压缩机控制器43和温控器44，光伏电池板1与压缩机控制器43连接，太阳辐照传感器2和直流电压变送器3共同组成压缩机调速信号发生模块，压缩机调速信号发生模块与温控器44串接后与压缩机控制器43连接，压缩机控制器43的输出接口与直流变频压缩机42连接。太阳辐照传感器2将辐照强度信号转换为电压信号，太阳辐照传感器2能够将太阳辐照强度信号转化为毫伏级的直流电压信号。直流电压变送器3能够将毫伏级的直流电压信号通过放大电路放大到压缩机控制器43能够识别的大小等级。直流变频压缩机42具有软启动(在较低转速下启动)功能。压缩机控制器43具有直流电源接入接口和调速信号接入接口，输出方面具有直流变频压缩机42供电输出和12V直流风扇电源输出接口。光伏电池板1与压缩机控制器43直接相连，没有蓄电池充放电的环节，光伏电池板1所发出的电能直接驱动直流变频压缩机42运转。

通过直流电压变送器3放大后经信号传输线传出；通过设置温控器44可以实现冰箱内部温度的控制，压缩机调速信号发生模块和温控器44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。压缩机调速信号发生模块能够实现能量的最大化利用和制冷效率的提高，直流变频压缩机42转速主动跟随辐照强度变化，亦能防止因辐照变化引起的压缩机频繁启停，保护直流变频压缩机42。

光伏电池板1通过直流熔断器5与压缩机控制器43连接，太阳光直射到光伏电池板1上，光伏电池板1将光能转换为电能通过输电线将电能供给压缩机控制器43。直流熔断器5能够防止直流变频压缩机42在启动阶段瞬间电流过大而导致的系统部件的损毁。

直流变频冰箱4还包括冷凝器45、毛细管46和蒸发器47，冷凝器45、毛细管46和蒸发器47均设置于冰箱箱体41内，直流变频压缩机42依次通过冷凝器45和毛细管46与蒸发器47连接，蒸发器47与直流变频压缩机42连接。压缩机控制器43、直流变频压缩机42、冷凝器45、毛细管46和蒸发器47共同形成制冷回路。压缩机控制器43的一路输出接口接入直流变频压缩机42，直流变频压缩机42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42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45释放热量到环境中，冷凝器45布置在冰箱箱体41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46等焓膨胀为低温低压的制冷剂液体，后经蒸发器47蒸发吸热，恢复蒸汽状态，又回流到直流变频压缩机42中，完成一个制冷循环，蒸发器47布置在冰箱箱体41内，压紧在内壁金属壳内侧。

直流变频压缩机42的另一个输出接口连接有直流风扇48，并且直流风扇48设置于冰箱箱体41内。直流风扇48布置在冰箱箱体41内部，在冰箱箱体41内部封闭环境中形成强制对流换热，提高换热效率，快速降低温度。

冰箱箱体41内设置有蓄冷冰盒49，蓄冷冰盒49靠近蒸发器47设置。蓄冷冰盒49的材料为铝或不锈钢，蓄冷冰盒49通过卡扣固定于冰箱箱体41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49内容物为普通纯净水，当冰箱工作在制冰模式时，蓄冷冰盒49里制得的冰可以取出使用。

光伏电池板1包括若干块，若干块光伏电池板1通过合页6铰接连接，折叠状态下，光伏电池板1贴合于冰箱箱体41的表面。在折叠收起状态下，光伏电池板1与冰箱箱体41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1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41与光伏电池板1之间通过可收缩的支架7连接，支架7的一端与冰箱箱体41可转动地连接，支架7的另一端与相邻的两块光伏电池板1之间的连接处连接。支架7可以调节展开状态的光伏电池板1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7的下端与冰箱箱体41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41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1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41的外表面设置有反光涂层，反射照在冰箱箱体41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1上产生直流电能，当太阳辐照达到直流变频压缩机42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48也随之启动，在冰箱内部形成强制对流换热，加快内部空间的冷却速度；辐照强度发生变化时，太阳辐照传感器2及直流电压变送器3组成的压缩机调速信号发生模块输出的调速电压信号大小也随之发生变化，压缩机控制器43根据接收到的调速电压信号不同，输出相应频率的PWM信号，驱动直流变频压缩机42运转，以达到压缩机转速随辐照强度变化而变化的目的；制冷量也随着辐照强度变化而变化，辐照强度越强，制冷量越多，能量利用率越高。

通过将温控器44和压缩机调速信号发生模块串联之后接入压缩机控制器43，调节温控器44的设定值，本发明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44设定为定值温度，箱内温度高于该温度值时，温控器44导通，直流变频压缩机42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44断路，直流变频压缩机42停机，温度回升后，温控器44又恢复导通状态，直流变频压缩机42重新开始工作。如此循环，冰箱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44设定为始终导通状态，此模式下直流变频压缩机42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42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42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，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。

第三，根据辐照信号强弱，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。

第四，压缩机转速主动跟随辐照强度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。

第五，将光伏电池板1与冰箱箱体41通过合页、支架7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1，使其成为冰箱箱体41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。

第六，光伏电池板1的支架7角度可调，可最大限度地接收可利用的辐照资源。

第七，冰箱箱体41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，减少额外的热，降低冷量损失。

第八，便携式冰箱内部使用直流小风扇，使内部形成强制对流换热，快速降温，这也更加符合在户外使用的场景需求。

本发明不使用电网电能，能够满足偏远地区和户外使用场景的用冷需求，对更有效地利用可再生能源具有深远意义。

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 (10)

1.压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：包括光伏电池板、太阳辐照传感器、直流电压变送器和直流变频冰箱，所述直流变频冰箱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、压缩机控制器和温控器，所述光伏电池板与所述压缩机控制器连接，所述太阳辐照传感器和所述直流电压变送器共同组成压缩机调速信号发生模块，所述压缩机调速信号发生模块与所述温控器串接后与所述压缩机控制器连接，所述压缩机控制器的输出接口与所述直流变频压缩机连接。

2.根据权利要求1所述的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述光伏电池板通过直流熔断器与所述压缩机控制器连接。

3.根据权利要求1所述的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述直流变频冰箱还包括冷凝器、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。

4.根据权利要求1所述的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述直流变频压缩机的另一个输出接口连接有直流风扇，并且所述直流风扇设置于所述冰箱箱体内。

5.根据权利要求3所述的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

6.根据权利要求5所述的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

7.根据权利要求1所述的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

8.根据权利要求7所述的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

9.根据权利要求1所述的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池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。

10.根据权利要求1所述的压缩机转速随辐照改变的无蓄电池便携式光伏直驱冰箱系统，其特征在于：所述冰箱箱体的外表面设置有反光涂层。