毕业论文范文——高效节能小功率光伏制冷系统的设计

高效节能小功率光伏制冷系统的设计摘 要 独立光伏系统已经证明是可靠的，对冷却和制冷来说有成本效益的系统，该系统已经吸引了用户。对于一个预计有冷却需求的特定程序,已经设计开发和制造了使用光伏模块(每36块太阳能电池为2个模块)的小功率制冷系统。在本文中，对所使用的太阳能电池板的I-V特性的结果进行了介绍和讨论。电池的充电过程和放电过程包括将电压作为电池电解质的比重和时间的函数的研究已经开展了。所有的研究结果非常乐观，因此我们提交了使用充电控制器和直流供电冰箱的系统的测试结果。该文章还涉及了我们以往的经验，包括在日照时数之外使制冷系统成功持续地运行6个小时。冷却成本的具体计算结果显示我们所设计的光伏制冷系统良好的经济性及其可靠性。它的技术性能和经济指标，表明，这种小规模的技术有助于解决像小面积制冷包括使用集成光伏能源供应系统的可移动的小型冷藏集装箱的冷冻问题。这些系统可以建立在车上或车辆周围，来满足驾车包括野餐、尤其是去偏远的沙漠地区的冷却需求。关键词 独立的可移动的光伏系统/高效节能/小功率光伏 引言 太阳是我们几乎所有能量的来源（除了放射源和潮汐能），并将继续成为最重要的正在使用的核聚变和裂变反应器1。在世界各地，能源需求日益增长，这引起了人们对探索新能源的重视2。人们在若干年前已经掌握了利用太阳能的科学基础，但是直到最近，人们认为要大规模的利用它，在技术上是不可行的。目前，小规模的已经在使用中，并且在不断地扩大使用范围2。相对于化石燃料和铀的已知的和估计的储量，来自可再生能源的可用能量是巨大的。太阳能是，我们从中可以获取大量的能量，而不需要向大气中输入热能的唯一来源。仅仅每年到达地球表面的太阳能相当于总估计的化石燃料资源的四倍，以及人类目前全球能量消耗的四千倍3。设计直接针对减少碳足迹的方法可以减少能量消耗。其中一个想法就是在可以做到绿化的地方充分利用可再生能源4 10。 本文介绍和讨论了我们所选定设计的太阳能的制冷应用。它将太阳能转化成电能，又将电能转化成机械能，在这个过程中实现空气或盐水的循环，在大多数情况下，利用蒸汽压缩式电冰箱进行冷却。存储来自太阳能电池的电能，并将它作为在夜间或在多云天气中的使用的二次能源，这个过程已被解释清楚了。 材料工具和方法 所有的太阳能的应用中，将它用于冷却似乎是最合适的。这个应用可以达到为数不多的供需平衡的情况。用于饮用的蒸馏水和泵出来的用于灌溉的水，它们的最大需求量在最大的保温期间内会发生变化，但随着冷却的要求，匹配的延伸，在许多情况下，它们甚至在一天内也会发生变化。为了实现这一点，我们将以下工具应用在用于小功率的光伏制冷系统的设计和制造中。A 太阳能电池板B 调节器C 电池D 直流供电冰箱 A 太阳能电池板 来自美国SOLAREX公司的太阳能电池板是我们的冷却系统电能的主要来源，太阳能电池板将太阳能转化为电能。每个板由36单晶硅太阳能电池组组成并有6V的电压输出。需要12 V的电压时，将两个电池板串联起来。每个板的面积为1.2m0.3m =0.36m2。为了描述所选定的目前正在工作的太阳能电池板，已经测出了其极性、电流-电压特性、曲线的细节和填充因子包括相同的能量转换效率。B 调节器 控制系统和监管系统引进的是西班牙的ATERSA - LEO系列（LEO-1）。在光伏系统的管理中使用了微控制器。它可以改变最佳分辨率为1的12/24 V版本中的调节电压，可以选用两种类型的电池。C 电池 在我们的系统安排中，将电池作为在夜间或阴雨天气中的第二能源。我们设计了一个铅酸电池(电解液)，它的配置为12V，75A每小时。它是由日本的横滨公司制造生产的。D 直流供电冰箱 来自美国科尔曼的无霜冷却器（37.9升）已经集成在我们的系统设计，它的工作电源是12V的直流电源。表 四种不同的太阳能电池板的VOC和ISC测定值对照表组数模块数ABCDVOC/VISC/AVOC/VISC/AVOC/VISC/AVOC/VISC/A16.576.636.737.176.626.906.698.2426.446.916.856.686.906.757.153.1736.543.756.877.316.736.176.951.6446.736.336.905.356.465.807.085.5256.814.811.306.966.476.727.054.0066.796.316.696.686.505.847.178.2076.904.006.634.806.805.796.948.1487.026.176.596.586.976.947.077.6096.964.006.546.686.847.056.708.00106.935.886.536.206.736.006.635.27116.503.456.706.146.645.876.626.38126.575.826.606.976.787.106.657.30136.663.706.557156.666.856.264.00146.695.936.556256.856.776.766.30156.864.506.474006.655.566.694.25166.956.186.465856.775.98- 结果与讨论太阳能电池板的电特性每个电池板的输出电压为6V左右（见表）。按照目前的小功率光伏制冷系统的发展，需要12 V的电压。所以将VOC 和ISC合适的B1和B2两个电池板（模块）串联起来使电压加倍,如图1所示5。图3-1 模块B1和模块B2的串联图电流 - 电压特性电流 - 电压特性或I-V曲线可以全面描述太阳能电池的电气终端特性。将太阳能电池板连接在电路中可以得到这条曲线，电路图见图2。将电阻值6从零调到最高值可以得到I-V曲线。令R=0，当R无限大时得到ISC值，当ISC=0时，得到VOC值。取多个电压值，获得相对应的电流值，绘制I-V曲线。曲线和填充因子通过I-V曲线，阵列的填充因子已计算完毕。填充因子是用来描述I-V曲线的矩形或清晰度7。根据图3的I-V曲线中的优化值和公式（1），可得出填充因子是0.61。 (3-1)图3-2 得到I-V曲线的电气线路图能量转换效率太阳能电池板的效率表明，太阳能的利用是将其转换成电能。它是输出功率（Pout）和输入功率（Pin）之间的比率。取I-V曲线中的Vmp和Imp，通过公式（2）得出输出功率Pmp = Vmp Imp。太阳能电池板的面积为0.72平方米，其输出功率为67.40 W/m2。通过太阳能仪表，测得的太阳光的强度Pin= 700 W/m2（14:00小时或下午二时）。因此，太阳能电池板的效率是9.63。图3-3 模块B1和B2串联的I-V曲线 W/m2 (3-1)这表明，9.63的太阳能通过所述的太阳能电池板转换为电能。电池的充电和放电太阳能系统将电池用作在夜间或阴天辅助源存储的电输出。在我们的系统中，我们使用一个12V的电池。同样的细节在实验部分进行了描述。通过充电和放电过程已经确定这种容量的电池可以使用多长时间。图4显示了在电池的充电阶段，电压作为时间的函数的图像。从图中可以明显看出在5个小时以内，电压随时间几乎呈线性增长。此后，它（电压）稳定。直到达到电压稳定，充电过程结束。图3-4 电池电压随时间的变化（充电过程）图3-5 电池电压随时间的变化（放电过程）图5示出了电池的放电曲线。该电池的电压随着时间的增加而降低。18个小时之后电压直线下降。因此，它开始持续运行18小时后完全放电，之后电池将带不动泵运行。因此，该电池可以持续放电18小时。通过控制器控制电池的充电和放电，来测量电荷强度，电池电压和直流制冷系统的能量消耗。电压和电池电解质的比重图3-6 比重随电池电压的变化图图6显示了比重随电池电压的变化情况。比重随电池电压的增加而增加，随电池电压的减少而降低。比重随电压变化是由于电荷强度正比于电池的电压。太阳能制冷针对判断太阳能制冷的可行性的典型背景要求进行简要的评述。包括水果，蔬菜，肉，鱼和乳制品在内的多种食品，在03的制冷温度中可以保持几周的新鲜度。对于长期要保存的食品，速冻温度需要达到-18到- 25。制冷系统所有组件的连接，制冷电流（消耗）的变化以及制冷温度随时间的变化等因素已经考虑进去。性能在本研究中，一台由太阳能供电（12V直流）的电冰箱的性能研究已在进行中了。电冰箱连接到位负载电阻，如图2所示。表详细地显示了在超过6小时的时间段里，电压的变化，消耗的电流，电解质的比重，以及系统冷藏温度的减少等情况。表清楚的表明，电冰箱运行两个小时就可以取得良好的冷却效果。表 电冰箱的性能时间（h）电压（V）电流（A）电解比重电冰箱温度（）11:：0012：3012.073.56611852912：0012.063.56511802612：3012.043.56211802413：0012.43.54311752213：3012.023.55611742014：0012.023.55311751714：3012.013.55511851515：00123.53111751015：3011.993.5481174916：0011.983.5411175816：3011.973.5291165717：0011.963.53311656电能与太阳能在运行小功率制冷系统成本方面的比较电冰箱的额定电流=4.1A电冰箱的额定电压=12V电冰箱的额定功率=49.2W=0.0492KW每天用太阳能驱动制冷系统运转18个小时所需费用的计算两个太阳能电池板足够驱动制冷系统运转，共花费大约300.00（光伏系统的花费）。每天用电能驱动制冷系统运转18个小时所需费用的计算每天需要的电能-0.0492KW 18 小时=0.8856KWh/天（注：5-6小时/天 排除充电时间）电能的平均成本10美分/KWh所以，每天的电能成本-0.8856KWh/天 10美分/KWh=8.856美分/天每年的电能成本-8.856美分/天365天/年3232.44美分/年美国的电能成本-32.32/年 鉴于上述计算结果以及我们的光伏系统的初始成本包括运行小功率制冷系统的初始电能安装成本，显示分别使用所生产的光伏系统和传统系统经多年运作所消耗能量的比较图已经绘制出来了（图7）。图3-7 光伏系统与传统系统在运行小功率制冷系统上的花费的比较从图7可以明显看出,光伏系统和电能系统的成本相交于运行的第七年,之后就是成本回收期。由于维护成本低，甚至几乎为零，因此，7年后光伏能源几乎在免费使用，它体现了经济效益。因此，使用电能的成本会高于太阳能，尤其是大规模应用的成本将迅速增加。除此之外，太阳能是清洁和安全的。我们设计和开发成本相对较低的光伏小功率制冷系统的经验表明，这种小规模的技术有助于解决像小面积制冷包括使用集成光伏能源供应系统的可移动的小型冷藏集装箱的冷冻问题。这些系统可以设置在车上或车辆周围，来满足驾车包括野餐、尤其是去偏远的沙漠地区的冷却需求。在多风和天气晴朗的地区可再生能源的使用也表明了可以使用一种简单、成本低廉、可靠的灌溉（泵）或冷却（制冷）系统，可以避免现已存在的柴油驱动的系统的不足89。因此，光伏制冷系统在技术上已经成熟，人们认为它也是非常可靠的。此外，它显示了操作少和维护费用少等方面的优势。结论本文阐述了太阳能及太阳能系统的重要性,在此基础上阐述了太阳能电池和太阳能电池板的功能，并且描述了太能能电池板的重大意义、优势及其组装方式进。最后，使用太阳能的制冷系统已经成功发展起来。使用太阳能的电池板的I-V特性效果良好。电池的充电和放电过程，包括将电压作为电解液比重和时间的函数，其实验效果是非常好的，并且，太阳能制冷系统的性能非常良好。和使用传统能源（电能）的制冷系统成本相比，光伏系统（光伏能源或太阳能）显示了绿色环保、干净安全等优势，也显示了高效节能小功率光伏制冷系统的良好的经济效益。参考文献1 John I.B Wilson, Solar energy, Academic Press, 1978.2 Wolfgang Palz, Solar Electricity, an Economic Approach to Solar Energy, UNESCO, Paris, 1978.3 Leslie F. 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