一種分布式光伏獨立供能制冰系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種脫離電網(wǎng)只采用分布式光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動的制冰系統(tǒng)，屬于太陽能制冷技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品、食品、醫(yī)藥和疫苗的保鮮冷凍領(lǐng)域?qū)Ρ男枨罅恐饾u增加，制冰耗能與日增加，利用清潔能源之一的太陽能驅(qū)動制冰系統(tǒng)備受關(guān)注。采用太陽能制冷有兩種方式，一種是采用太陽能光熱制冰，又分太陽能吸附式制冰和太陽能吸收式制冰，國內(nèi)外學(xué)者Boubakr1、Buchter、HiIdbrand、Khattab、王如竹和李明等對太陽能光熱驅(qū)動吸附床和吸收機組制冰研究較多；另外一種是太陽能光伏產(chǎn)生電能驅(qū)動制冰機的蒸汽壓縮機制冰，國內(nèi)外學(xué)者El Tom、Taha、Toure、Kattaakayam、代彥軍和李明等對光伏制冰系統(tǒng)設(shè)計制造和運行性能進行了研究和分析。通常商用蒸汽壓縮機COP(制冷系數(shù))為3-5左右，而熱能驅(qū)動的吸附式制冷機COP在0.1-0.5之間，熱能驅(qū)動的單效溴化鋰吸收式制冷機⑶P為0.7左右，雙效溴化鋰吸收式制冷機COP為1.2左右，三效溴化鋰吸收式制冷機COP為1.7左右。因蒸汽壓縮機制冷系數(shù)較高，光伏驅(qū)動的蒸汽壓縮機制冰機商業(yè)化推廣應(yīng)用前景較好，為未來太陽能制冷和太陽能空調(diào)發(fā)展主要趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為充分利用分布式獨立能源，本實用新型提供了一種分布式光伏獨立供能制冰系統(tǒng)，主要由光伏組件、帶最大功率跟蹤的控制器、蓄電池、逆變器、壓縮機控制器、壓縮機系統(tǒng)、冷凝器、節(jié)流閥和制冰系統(tǒng)蒸發(fā)器組成，如圖1所示，要解決的技術(shù)問題為。
[0004]分布式光伏組件發(fā)電量與蓄電池儲能容量匹配，實現(xiàn)制冰系統(tǒng)不間斷運行。
[0005]改造壓縮機系統(tǒng)，降低制冰系統(tǒng)的輻照度閾值下限，拓寬太陽能輻照度利用范圍，提尚太陽能利用率。
[0006]改造制冰系統(tǒng)蒸發(fā)器，避免過冷冰出現(xiàn)，減少能源浪費，增加制冰效率。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案為。
[0008]根據(jù)制冰系統(tǒng)額定功率大小，穩(wěn)定工作電壓和電流情況，選擇光伏組件數(shù)量和聯(lián)接方式，確保分布式能源系統(tǒng)的輸出功率、電壓和電流值與制冰系統(tǒng)匹配較好。
[0009]為彌補太陽能間歇性的缺點，保證制冰系統(tǒng)穩(wěn)定工作，采用蓄電池調(diào)節(jié)電路波動，不僅可穩(wěn)定供能系統(tǒng)輸出特性，還可延長制冰系統(tǒng)工作時間，選擇合適容量的蓄電池，可確保制冰機全天候運轉(zhuǎn)。
[0010]為降低制冰系統(tǒng)輻照度閾值下限，拓寬太陽能輻照值利用范圍，增加太陽能利用率，必須對傳統(tǒng)制冰系統(tǒng)的壓縮機進行優(yōu)化改造。傳統(tǒng)制冰系統(tǒng)為單一的交流/直流壓縮機，具有額定的功率、電壓和電流值，最大輸出功率的轉(zhuǎn)速也被固定，若采用獨立光伏組件和蓄電池供能，不能始終確保制冰系統(tǒng)工作在最大輸出功率轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速不夠時，影響制冰效率，轉(zhuǎn)速過高，造成能量浪費。此外，只有當供能系統(tǒng)供給的能量達到制冰系統(tǒng)壓縮機開啟的條件后，制冰系統(tǒng)才開始工作，造成壓縮機開啟前和停機后較大部分的能量浪費，影響制冰效率，采用單一壓縮機分布式光伏獨立供能制冰系統(tǒng)能量利用情況如圖2所示。圖中曲線所包含的面積為分布式光伏供能系統(tǒng)提供的功率，帶陰影的方框面積為制冰系統(tǒng)消耗功率，白色部分為未利用的浪費掉的功率。
[0011]優(yōu)化后，壓縮機系統(tǒng)主要由四個小型壓縮機并聯(lián)組成，四個小型壓縮機的額定功率之和與原來一個壓縮機額定功率相等，采用四個并聯(lián)壓縮機的一種分布式光伏獨立供能制冰系統(tǒng)的能量利用情況如圖3所示，壓縮機系統(tǒng)采用四個壓縮機并聯(lián)組成的后，降低制冰系統(tǒng)的輻照度閾值下限，將原來單一壓縮機啟動的輻照值由不少于400W/V減少到現(xiàn)在壓縮機系統(tǒng)的150W/m2，將輻照度閾值下限降低了近三分之二，壓縮機系統(tǒng)的壓縮機啟動功率只有原來單一壓縮機啟動功率的一半，壓縮機系統(tǒng)工作流程如圖4所示。
[0012]壓縮機系統(tǒng)的壓縮機開啟控制策略優(yōu)化。壓縮機出廠時會給出個轉(zhuǎn)速范圍，通常情況下壓縮機最大輸出功率在范圍之間，不會在最低轉(zhuǎn)速，也不會在最高轉(zhuǎn)速，通常位于轉(zhuǎn)速中間偏高轉(zhuǎn)速點，例如某壓縮機轉(zhuǎn)速范圍為2000rap/min-3500rap/min，其最大輸出功率轉(zhuǎn)速為3000rap/min。因此對壓縮機系統(tǒng)的開啟控制策略顯得十分重要，壓縮機系統(tǒng)開啟順序和時機都應(yīng)控制準確。I號壓縮機功率最大，轉(zhuǎn)速范圍也最寬，4號壓縮機功率最小，轉(zhuǎn)速范圍也最窄。因此為充分利用低輻照值，首先應(yīng)開啟轉(zhuǎn)速范圍最寬的壓縮機。壓縮機系統(tǒng)開啟順序為先開啟壓縮機I，接著開啟壓縮機2，然后開啟壓縮機3，最后開啟壓縮機4。隨著輻照度升高，壓縮機I轉(zhuǎn)速逐漸增加，當達到一定轉(zhuǎn)速時，開啟壓縮機2，此時因為壓縮機2開啟，電路電流分流，導(dǎo)致壓縮機I電流減少，壓縮機I轉(zhuǎn)速降低，采取特定控制策略，確保壓縮機2開啟后，壓縮機I正好工作在輸出功率最大轉(zhuǎn)速，此后輻照度的增加，電流只流向壓縮機2，提升壓縮機2轉(zhuǎn)速，壓縮機I電流不變，始終工作在最大轉(zhuǎn)速。依照次控制策略，依次開啟壓縮機3和壓縮機4，直到輻照度達到最大值。當輻照度減少時，可依靠蓄電池補充能量維持壓縮機系統(tǒng)運行，當晚上無輻照度時，完全靠蓄電池供能支撐壓縮機系統(tǒng)運行，當蓄電池供能不足時，控制器應(yīng)執(zhí)行控制策略的逆過程，依次關(guān)停壓縮機4、3、2和I。若蓄電池容量足夠大，則可以實現(xiàn)壓縮機不停機，直到第二天開始重復(fù)循環(huán)，整個控制策略如圖5和圖6所示。
[0013]制冰系統(tǒng)蒸發(fā)器由4個小型蒸發(fā)器組成，并聯(lián)分布在不同地方同時產(chǎn)冰?，F(xiàn)今市場上售賣的制冰系統(tǒng)在制冰過程中都會出現(xiàn)過冷冰現(xiàn)象，傳統(tǒng)制冰系統(tǒng)制冰過程中，冰塊溫度分布很不均勻，過冷現(xiàn)象極為嚴重，過冷溫度有時可達到-20多度;制冰系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)的水先從底端和兩壁開始結(jié)冰，然后才是中間結(jié)冰，制取的冰塊溫度存在分布不均，出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。為減緩制冰過冷現(xiàn)象，對制冰系統(tǒng)蒸發(fā)器進行優(yōu)化:縮減制冰系統(tǒng)蒸發(fā)器盛水尺寸，減少冰塊厚度，同時，為確保制冰總量不變，優(yōu)化后的制冰系統(tǒng)蒸發(fā)器由4個小型蒸發(fā)器組成，并聯(lián)分布在不同地方同時產(chǎn)冰，減緩過冷冰現(xiàn)象，減少能量浪費，提高制冰效率。
[0014]本實用新型的有益效果是，采用分布式光伏組件獨立供能，并對普通家用制冰系統(tǒng)的壓縮機系統(tǒng)和制冰系統(tǒng)蒸發(fā)器進行結(jié)構(gòu)改造升級后，減少了壓縮機系統(tǒng)的太陽輻照值閾值下限，提高了太陽能利用率。通過智能控制壓縮機系統(tǒng)啟停時機，實現(xiàn)能量供給與用能單元的最佳耦合。對制冰系統(tǒng)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)改造后，可緩解過冷冰現(xiàn)象，大幅度減少能量浪費，提1? 了制冰效率D
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型提供的一種分布式光伏獨立供能制冰系統(tǒng)運行流程。<