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硕士论文-太阳能光伏直流冰箱的能量管理和系统匹配研究pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 上海交通大学 硕士学位论文 太阳能光伏直流冰箱的能量管理和系统匹配研究 姓名：刘群生 申请学位级别：硕士 专业：机械与动力工程学 指导教师：张鹏 20070101 摘 要 太阳能光伏直流冰箱的能量管理和系统匹配研究 摘 要 随着太阳能技术及其相关产业的发展，太阳能热水器、太阳能空调 等太阳能产品越来越多地进入了千家万户。太阳能光伏冰箱在国外已有 小批量的产品，而在国内这方面的产品则显得相对落后，因此有必要对 太阳能光伏直流冰箱系统进行更多的研究，一方面，这对给没有市电供 给的边远山区、牧区、岛屿等地区配备必要的食品冷冻冷藏设备、药品 疫苗冷藏设备， 以提高这些地区人们的生活质量和医疗条件有重要意义； 另一方面，为未来太阳能光伏制冷的广泛应用提供一定的理论支持。 本文围绕能量管理和系统匹配，对太阳能光伏直流冰箱系统的进行 了研究，所得到的结论同样适用于其它类似的、电能的获得与冷量的需 求在季节上高度匹配的太阳能光伏直流制冷系统，如直接在室外使用的 太阳能光伏直流冷柜系统、太阳能光伏直流冷库系统等。 首先，就太阳能技术发展的背景、太阳能电池理论及研究现状、太 阳能光伏制冷等方面进行综述，并对太阳能光伏冰箱的国内外研究现状 进行了叙述。 然后，根据独立太阳能光伏制冷系统的特点，设计了一台太阳能光 I 摘 要 伏直流制冷系统，以直流冰箱作为此系统的负载。并以此为基础搭建了 实验测试装置，以对系统的运行数据进行实时采集。 第三，测试了太阳能光伏直流冰箱在晴天、多云及阴雨天气情况下 的工作性能，如太阳能电池电压、蓄电池电压、蓄电池充电电流、冰箱 电压电流、冰箱温度等参数，根据实验数据对系统的匹配原则进行了修 正。实验数据表明，设计太阳能光伏制冷系统时，必须要考虑单晶硅太 阳能电池性能随使用年限的衰减对系统的影响。 第四，分析了太阳辐照度和环境温度对太阳能光伏直流冰箱系统的 影响，并在此基础上分析了此系统的地域适用性。 最后，结合实验数据，对本实验中的太阳能光伏冰箱系统进行了火 用分析，分析了系统中火用损失的主要环节，指出了提高该系统火用效 率的方法，并给出了几种方案。 关键词：太阳能，光伏，制冷，直流冰箱，火用，能量管理，系统匹配 II ABSTRACT STUDY ON THE ENERGY MANAGEMENT AND SYSTEM MATCHING OF A SOLAR PHOTOVOLTAIC DC REFRIGERATOR ABSTRACT With the development of solar technology and the industry related to solar, solar water heater, solar air-conditioner and other solar products are used by people in a growing number. It is reported that there has been low-volume solar photovoltaic (PV) refrigerators abroad, but these products are underdeveloped in contrast with that in foreign countries, so it is necessary to give more detailed study on a solar PV refrigerator system. For one thing, it is very important for the improvement of the peoples living conditions and medical conditions in the areas where the grid is unavailable, such as remote mountainous areas, pasture areas and some inlands and islets and so on. For another, the study will support the more comprehensive application of solar PV refrigeration in the future to certain extent. The following studies of a solar PV DC refrigerator are carried out about energy management and system matching, and the results from the studies can be absolutely used to other similar solar PV DC systems that the amount of electricity from the PV panel matches well the cooling capacity required by the system, such as a solar PV DC top opening freezer or a solar PV DC cold storage and so on. First, some study on the background of the advancement of solar technology, the theory and the status quo of solar PV panel, solar PV refrigeration and so on is introduced. Then, the domestic and overseas III ABSTRACT development of solar PV refrigerators at present is summarized. Second, a solar PV DC refrigeration system using a DC refrigerator as its load is designed in terms of the traits of a solar PV refrigeration system. And, a testing system which is based on the DC system is performed so as to acquire work data of the system. Third, the solar PV DC refrigerator system is tested under three typical weather conditions that are sunny condition, cloudy condition and rainy condition to get useful data about the system, such as work voltage of PV panel, voltage of battery, current of battery, voltage and current of the refrigerator and temperature of storages of the refrigerator. The matching principle of the system is revised in terms of the data. And, the data shows that the decline of performance of a monocrystalline silicon PV panel with time can not been ignored for the design of a solar PV refrigeration system. Fourth, impact of solar insolation and ambient temperature on the solar PV DC refrigerator system is analyzed, as well as the applicability of the system in different typical areas is studied on the basis of the results. Finally, exergy analysis of the solar PV DC refrigerator system is conducted according to the testing data, then, some components related to main loss of exergy were found out. As the result of exergy analysis, several methods to improve exergonic efficiency are put forward. KEY WORDS: solar, photovoltaic, refrigeration, DC refrigerator, exergy, energy management, system matching IV 主 要 符 号 主 要 符 号 C e E 蓄电池容量，Ah 火用，kJ/kg 日耗电量，Ah 光子能量，eV T U w 绝对温度，K 电压，V 单位质量功，kJ/kg 表面传热系数，W/( m2?K) 太阳高度角 综合系数 太阳赤纬角 纬度 相对火用效率 Eg fe f F h H Ho I K m N P Q s SP 禁带宽度，eV 太阳能电池倾角修正系数 太阳能电池组件损失补偿系数 面积，m2 焓值，kJ/kg 总辐射量，Wh/m2 标准辐射值，1000W/m2 电流，A 传热系数，W/( m2?K) 日照时数，小时 数量 功率，W 热量，W 熵，kJ/(kg?K) 灰尘阻挡因子 温度， ? B A B 效率 蓄电池安时效率 蓄电池充电效率 蓄电池最大放电深度 太阳时角 线路损失系数 蓄电池温度系数 厚度，m 导热系数，W/( m?K) 波长， m m S t VII 主 要 符 号 下 标 a B C D e f 平均值 环境 蓄电池 冷藏室 控制器 冷冻室 火用 风扇 L m p PV s r w 负载 标准测试工况 最大值 并联 太阳能电池 串联 冰箱 电线 VIII 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：刘群生 日期：2007 年 01 月 29 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 本学位论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） ，在 年解密后适用本授权书。 学位论文作者签名：刘群生 指导教师签名：张鹏 日期：2007 年 01 月 29 日 日期：2007 年 01 月 29 日 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 环保和节能 1974 年，有学者提出 CFC 类制冷剂可能对大气臭氧层有破坏，在 80 年代科学 地确认了 CFC 类制冷剂造成了大气臭氧层破坏和全球温室效应1，加上近些年世界 能源危机的日益严重，研发各种环保、节能的制冷系统成为了世界各国制冷研究人 员共同关注的话题。洁净可再生能源中，太阳能是人类可利用的最直接的洁净能源 之一。用光伏电池把太阳能转变成直流电能以驱动一个制冷系统的太阳能光伏制冷 系统，一个明显优势是电能的取得和冷量需求在季节和数量上的高度匹配，即冬季 太阳辐射弱，太阳能电池的产电量少，此时环境温度低，负载热负荷小，所需的电 量亦少；夏季环境温度高，负载热负荷大，所需的电量大，此时太阳辐射强，太阳 能电池的产电量亦多。同时，用太阳能作为制冷系统的动力源，可以减少使用电能， 从而减轻由于燃烧化石燃料发电所引起的温室效应及对环境的污染。因此，作为洁 净可再生能源之一的太阳能的利用方面的研究日益受到世界各国的重视，以太阳能 作为动力源驱动制冷系统的研究也越来越为各国的专家、学者所关注。 1.1.2 太阳辐射能 太阳是一个主要有氢和氦组成的炽热的球体，其表面的温度大约为 5762K，而 中心温度高达约 4108K，压力约为 2000 多亿大气压。由于太阳内部温度极高、压 力极大，因此其内部发生着强烈的核子反应，反应产生的巨大能量以电磁波的形式 向四面八方辐射 地球接收到的太阳辐射能约占太阳总辐射的二十亿分之一，即使这样，每秒钟 地球接收到的太阳辐射能也有约 1.7571017J，相当于 5.25 亿桶石油燃烧产生的能 量。 太阳的寿命还有约 50 亿年，因此，可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的。 1 上海交通大学硕士学位论文 1.1.3 太阳能的利用 太阳能的利用主要有热利用和电利用。 太阳能的热利用是指将太阳辐射能转化为热能加以利用，人们通常把收集太阳 光转变成热的部件称为集热器。集热器按其是否聚光，可分为非聚光型集热器和聚 光型集热器。太阳能热利用的常见形式有：太阳能热水器、太阳房、太阳能干燥器、 太阳能蒸馏系统、太阳能海水淡化系统、太阳炉、太阳池、太阳热分解制氢等。 直接利用太阳辐射的热利用虽然设备相对简单，但由于太阳能日夜交替的间断 性和天气阴晴、云雨而带来的不可靠性，因此，为了提高太阳能热利用系统的稳定 性和可靠性，蓄热设备变的不可或缺，而增加蓄热设备无疑增加了系统的成本和复 杂性。同时，热输送在实际中也不容易实现。若将太阳能的热利用转化来的热用于 发电，即太阳光能转变为热能、再转换为电能，由于此过程的效率受卡诺循环的制 约，因此效率较低。 太阳能的电利用是指将太阳辐射能直接转化为电能加以利用。电在国民经济和 人们生活中占有越来越重要的地位，随着中国经济的稳步快速增长及人们生活水平 的稳步提高，生产、生活中需求的电量急剧增加。炎热的夏季是用电的高峰季节， 由于电力资源的相对不足，近几年在上海、杭州等华东地区，已多次出现了拉闸限 电的情况，因此，若将太阳能转换成电能加以利用，将能一定程度地缓解电能供应 不足。上海地区已建成的太阳光发电系统有上海临港太阳光发电系统（200kW） 、上 海宝山区野桥菜市场并网供电系统（15kW）等。太阳能的电利用有其独特的优势： 首先，用太阳能电池将太阳辐射能直接转换成电能的过程的效率不受卡诺循环的制 约；同时，电是最高品位的能源之一；而且，电的输送也非常方便。所以从这个意 义上讲，将太阳辐射能直接转换成电能加以利用是太阳能利用最理想的形式。转换 的电能可以用于空调、照明、制冷等场合。 1.2 太阳能电制冷 太阳能电制冷的发展是随着太阳能电池的发展而不断发展的，因为无论是太阳 能热电制冷，还是太阳能光伏压缩式制冷，就太阳能的利用形式上来说，都是先将 太阳的辐射能转换成电能，然后再用电能进行制冷。在很长一段时期，由于太阳能 电池技术的原因主要是其转换效率太低，所以太阳能电制冷受到了很大的限制。 2 第一章 绪论 1.2.1 太阳能电池的发展 基于半导体的光生伏特效应（即光伏现象）将太阳辐射能直接转换成电能的装 置叫太阳能电池。早在 1839 年，法国科学家 E.Becquerel 就发现液体的光生伏特效 应，这为太阳能电池的出现奠定了理论基础。但一直到 20 世纪初，太阳能电池的转 换效率也只有 1%左右， 距离实际的应用有很大的差距。 1954 年分别用硅或硫化镉制 出了太阳能电池，其中硅的 p-n 结电池的转换效率达到 10%左右。从发现光伏现象 一直到上个世纪六十年代的一百多年间，太阳能电池的发展缓慢。 二十世纪五十年代，太阳能电池基本上都是运用于航天飞机等太空设备上。二 十世纪七十年代的能源危机促进了太阳能电池非太空场合的应用，主要应用于少电 缺电的偏远地区等特殊场合。由于太阳能电池几乎可以做到 CO2 零排放，所以近些 年来，一些国家把发展太阳能电池作为减少 CO2 排放量的重要措施，太阳能电池的 研发得到了这些国家政府的大力支持，太阳能电池工业发展迅速，每年的增长率约 为 302。在太阳能电利用方面，世界各国的研究人员都在致力于高转换效率太阳 能电池的研究，目前工业化的硅太阳能电池的转换效率最高可达 20左右。太阳能 电池技术的突飞猛进和太阳能电池工业的迅速发展为太阳能制冷系统的发展提供了 广阔的空间。 2000 年，第一代太阳能电池单晶硅和多晶硅体电池仍占有绝大部分的 市场份额，约 90左右3。单晶硅和多晶硅体电池有光电转换效率高、性能稳定、 寿命长等优点，但成本较高，目前能达到的光电转换效率为 1018左右，寿命约 为 20 年。基于无定形硅/氢合成物或多晶体化合半导体的薄膜太阳能电池2被称之 为第二代太阳能电池，它不仅具有单晶硅和多晶硅体电池上述的诸多优点外，由于 它不需要有昂贵的晶片切割工艺4，因此其材料制备工艺也相对简单。尽管目前的技 术所能达到的转换效率约为 10左右，但有文献报道，其光电转换效率有望超过 24 5，并且薄膜太阳能电池很容易和建筑物的窗户、门或墙体等做成一体，这种在使 用上的方便性也使之有巨大的市场潜力。虽然硅并不是最理想的太阳能电池材料， 但从太阳能光伏电池出现到现在，甚至在将来的一段时期内，硅仍将是最重要的太 阳能电池材料4。 1.2.2 太阳能电池研究现状 目前太阳能电池的研究热点集中在第三代高效太阳能电池的研究，其中有代表 3 上海交通大学硕士学位论文 性的有Tandem电池、杂质光伏电池（IPV solar cell） 、光线接收装置等6。Tandem电池 是采用RF磁控溅射硅和活性氧化硅沉积方法制备的多层Si/SiO2超晶格结构制作的 太阳能电池；杂质光伏电池（IPV solar cell）则是在宿主半导体中掺入一种或几种能 级位于半导体禁带之间的杂质，从而减少热能化的损失，吸收不同能量的光子，提 高太阳能电池的太阳辐射能利用率；考虑到光的波动性，可以采用维度足够小的天 线与太阳光耦合来收集太阳光的能量，这就是提出光线接收装置的理论基础，此设 想最早由Robert Bailey在1972年提出， 显然采用天线结构的太阳能收集器的转换效率 不再受到热力学卡诺循环的限制，应用到光电转换后其效率也将不在受到热力学局 限。 太阳能电池主要分为硅太阳能电池和化合物半导体太阳能电池。除材料硅，制 造太阳能电池的半导体材料还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等，用这些材料制成的太 阳能电池有的比硅太阳能电池的理论转换效率还要高。硅薄膜太阳能电池按结晶状 态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类，而前者又分为单晶硅和多晶硅。 据CNN报导，休斯公司研究人员利用太空太阳能电池研究成果，制成一种在地球上 使用的太阳能电池，其光电转换效率高达32.3，而在太空中使用的四结型太阳能电 池，其效率已达到407。 E. Radziemska8研究了温度对硅太阳能电池的输出功率、填充因子、和效率的影 响。J.A. del Gueto9通过测试的太阳能电池的伏安特性，分析了太阳能电池串联电阻 和二极管因子对其性能的影响。M.A. de Blas等10给出了一种分析方法，可以利用不 同温度和辐照条件下测得的伏安特性曲线数据，求出太阳能电池的串联电阻、并联 电阻、二极管因子等各种参数。G.E. Ahmad 等11提出了在不同气象条件和设计参数 下，太阳能电池的理论分析模型，此模型在不同的电池温度、I-V曲线、P-V曲线和 输出参数情况下的预测与实验值吻合地较好。B. J. Brinkworth12采用循环分析方法 (Loop Analysis)建立了太阳能电池通风模型，得到通风量的理论计算公式。Mark W. Davis13采用经验公式，建立了与建筑一体化的太阳能电池的温度预测模型，在不同 天气条件下实验，其理论预测值与实验值吻合地较好。文献14-18建立了太阳能电池 集热模型，对太阳能电池的集热效率和光电转换效率进行了研究。Thomachan A. Kattakayam, K. Srinivasan，Siaka Toure, Wanignon Ferdinand Fassinou等19-21对应用于 太阳能冰箱系统中的太阳能电池的匹配原则等进行了研究。 4 第一章 绪论 1.2.3 太阳能热电制冷 1838 年楞次（Lenz）又发现将一滴水置于铋 (Bi)和锑 (Sb)的接点上 ,通以正向 电流，水滴结成冰，通以反向电流，冰熔成水 ，此现象被称为热电制冷效应或帕尔 帖（Peltier）效应。太阳能热电制冷就是运用热电制冷效应原理，靠太阳能电池转换 太阳光辐射得到的电能驱动热电制冷装置。 虽然在目前技术条件下，在大容量的场合，热电制冷的效率比压缩式制冷的效 率低，并且价格昂贵，但在制冷量比较小的条件下，相对于机械式制冷、吸收式制 冷，热电制冷有其独特的优势。上海交通大学代彦军22等针对一种太阳能半导体冰 箱进行了实验研究与性能分析，实验表明，该装置能够维持冰箱内温度在 510 ,COP 约 0.3。冰箱性能与太阳辐射条件有很大关系，存在分别使 COP 和制冷量达 到最大值的最佳太阳辐照度。 1.2.4 太阳能光伏压缩式制冷 太阳能电池转换太阳光辐射能直接得到的是直流电能，用它可以直接驱动一个 直流传统的压缩蒸汽制冷系统，或者用一个逆变器将直流电转换成交流电驱动一个 交流制冷系统。一个常见的太阳能电压缩式制冷装置通常包括：太阳能电池、控制 器、蓄电池、压缩式制冷负载等部件，若是交流系统，则控制器中通常包括了逆变 功能，或在控制器之外单独连接一个逆变器。 1.2.5 太阳能光伏压缩式制冷研究现状 限于目前的太阳能电池技术水平，工业化批量生产、在实际中使用的太阳能电 池，其光电转换效率仍比较低，大约为1018，且价格昂贵，约500800US$/ m2。 同时，由于太阳能本身能量密度小（到达地面上太阳辐射最大值约为1000W/m2） ，所 以太阳能电池在整个太阳能光伏压缩式制冷系统的成本中占有相当大的比重，约为 5070。 为了研究太阳能光伏压缩式制冷系统的能量分配、系统匹配及运行特性等相关 问题，以较小、较简单的太阳能光伏压缩式制冷系统作为研究对象并不失一般性。 再者，采用冰箱等这样的小型装置作为太阳能光伏压缩式制冷系统的负载，可以大 大缩短搭建实验装置的周期，因为这样的负载可以用市售冰箱改制而成，甚至可以 直接使用市售冰箱，如在太阳能光伏交流冰箱系统中用的就是市售冰箱。所以，为 5 上海交通大学硕士学位论文 了降低实验成本，目前国内外的研究基本上都用冰箱或冷柜作为太阳能光伏压缩式 制冷系统的负载，以得到具有普遍性的能量管理、系统匹配等规律。 1太阳能光伏交流冰箱系统 太阳能电池直接输出的是直流电，根据实际的使用要求，其输出电压、输出功 率可以分别通过串联、并联电池模块来实现。 传统的市售冰箱用的是220V（或110V） 、50Hz（或60Hz）的交流电，所以，人 们最容易想到也是最容易实现的方法，就是用一个可以将直流电转变成交流电的逆 变器把市售冰箱和太阳能电池连接起来。太阳能光伏交流冰箱系统通常包括：太阳 能电池、控制器、逆变器、蓄电池、市售交流冰箱等部件，控制器和逆变器有时集 成为一体。由于太阳能是不连续的，为了保证冰箱在夜晚和阴雨天也能连续工作， 一般要在系统中配备蓄电池（蓄电池也在系统中起到稳压的作用） ，并且配备带有避 免蓄电池过充电、过放电保护功能的控制器。蓄电池一般用放电深度能达到80左 右的深放电免维护蓄电池。蓄电池的选择，要考虑它的输出电压和容量，其输出电 压要和系统中所用的控制器相匹配，其容量则应保证冰箱系统在完全没有日照的情 况下，冰箱能正常运行一定的时间22。 印度的Thomachan A. Kattakayam和K. Srinivasan 23对配备有逆变器、 连续工作的 小型太阳能制冷系统中的蓄电池匹配、充放电特性等做了研究；对太阳能电池蓄 电池逆变器冰箱系统的研究24表明，该冰箱可以用于疫苗的保存且逆变器提供 非正弦交流电给冰箱时，冰箱亦可正常工作；也对串并联的光伏电池的特性进行 了实验研究25。 对于使用50Hz交流电的传统冰箱，其压缩机是以相对不变的转速运行的，压缩 机的转速约为2900rpm，采用的控制方式是ON/OFF控制，这种控制方式简单但不经 济。为了实现冰箱的节能，各国的研究人员纷纷采用变频技术。对于一台给定的压 缩机，其制冷量和其转速正相关，同时，对于交流压缩机，其转速和其使用的交流 电源频率正相关，所以，通过改变交流电源的频率，就可以调节交流压缩机的制冷 量，从而实现压缩机的制冷量和冰箱所需的冷负荷之间的合理匹配，以实现了冰箱 的高效运行，这就是使用变频技术的原因。 我国合肥工业大学的黄福林对一种太阳能电源调频冰箱的驱动进行了研究26， 该驱动系统采用一种全数字式SPWM方法的变频电路。采用这种变频电路的变频器， 一方面将直流电转变为交流电供冰箱使用，另一方面可对压缩机进行调速，实现电 冰箱温度的自动控制和连续运行。基于这种驱动控制方法，黄福林对太阳能光伏冰 6 第一章 绪论 箱系统的太阳能电池阵列和蓄电池的设计等电力匹配特性进行了进一步研究27，他 提出的光伏冰箱系统是在普通市售压缩式电冰箱基础上改制而成, 可用于生活和药 品等的冷藏, 同时在冰箱不工作的季节里, 可让变频器固定在50Hz运行, 并将其输 出通过连接器接到电视机和灯具上, 系统便可作为交流电源使用。 2太阳能光伏直流冰箱系统 太阳能光伏制冷系统中非常适合用直流压缩机，这是因为： （1）太阳能电池输 出的是直流电； （2）可以免去由于使用逆变器所产生的电能逆变损失； （3）直流压 缩机效率较高； （4）直流压缩机更容易实现调速。由于直流压缩机的结构较为复杂， 成本较高，所以直到近年来的环保和节能日益成为制冷研究的焦点时，直流压缩机 的应用才重新引起了大家的重视。随着制冷系统环保、节能研究的不断深入及光伏 制冷系统的发展，直流压缩机逐渐被商业化生产。1998年，世界著名制冷产品制造 商丹佛斯（Danfoss）公司，在其原有的移动用直流压缩机的基础上推出了应用于太 阳能领域的BD35F型直流压缩机， 之后又相继推出了BD50F、 BD150F等型号。 BD35F 型直流压缩机名义电压为12/24V，调速范围20003500rpm，制冷工质为R134a。采 用此型号压缩机的直流制冷系统，可以配备蓄电池，也可以更换压缩机上的控制模 块后，直接用于太阳能电池的输出电压为1045V的场合（此处提到的蓄电池在系统 中的作用主要是稳压） 。小型直流压缩机的商业化生产为光伏直流冰箱系统提供了广 阔的发展空间。 一个典型的光伏直流冰箱系统通常包括：太阳能电池、控制器、蓄电池、直流 冰箱等部件。光伏直流冰箱系统中的蓄电池除了在容量上要保证冰箱在完全没有日 照的情况下，能正常运行一定的时间外，其电压还要和冰箱系统的电压相匹配，光 伏直流冰箱中的电压通常为12V或24V。 交流冰箱对制冷量的调节是通过“变频”来实现的，直流冰箱系统中通过改变 压缩机的转速以调节制冷量则是通过改变变速压缩机控制模块中的一个外接电阻的 阻值来实现的，因为对于直流系统来说，不可能用“变频”来实现压缩机的能量调 节。通过对直流变速压缩机转速的控制，压缩机的制冷量和冰箱负荷能高度匹配， 其主要优点： （1）减少压缩机的开/停次数，这就减少了压缩机的启动损失，也减少 了由于每一个周期中的开/停所引起的制冷剂迁移而造成的制冷量减小和效率降低， 由此而造成的制冷量损失约11、效率损失约为928 ，制冷量的减少量和效率的 降低量随冰箱的结构、制冷压缩机的类型及型号、所使用的制冷剂等因素的不同而 不同，有文献报道的总效率损失约为53729-31； （2）由于系统制冷量和负荷高度 7 上海交通大学硕士学位论文 匹配，减小了传热过程中的不可逆性； （3）延长了压缩机的寿命。当然，以上这些 由于压缩机调速而带来的优点，同样适用于交流变频系统。 2000年，美国的SOLUS制冷公司（现改名为Sundanze制冷公司）研制出了直接 用光伏电池驱动的直流变速冰箱32，此光伏直流冰箱采用一种水丙稀/乙二醇相变 材料蓄冷，不用蓄电池和逆变器，箱体保温材料为110mm的聚氨酯发泡层，容积为 105L，名义工作电压为12V，制冷剂为R134a。此型冰箱于2001年在美国新墨西哥州 立大学进行了实验测试，实验数据表明：在新墨西哥的炎热沙漠地区，当冰箱工作 环境的平均温度为32时，冰箱仍能很好的工作在1.4左右，在没有太阳能输入、 冰箱工作的环境温度为29时， 箱内温度至少可以保持7天。 由于系统中没有蓄电池， 所以正常工作时要求每天的最少日照时数为4小时。用蓄冷技术替换掉蓄电池也使得 冰箱系统的整机重量大大减少。 澳大利亚的罗伯特?查尔斯?阿尔比兹发明了一种太阳能冰箱，并于1999年在 英国、中国等国家申请了发明专利。在中国的申请（专利）号为CN99806943.433， 该专利描述的太阳能冰箱中包括多个制冷剂通路，每个制冷剂通路都是一个独立的 制冷系统，即每个制冷剂通路中都有一个变速直流压缩机、一个冷凝器等。每个制 冷剂通路工作在不同的电流值，每个变速压缩机至少配备一块太阳能电池板。该冰 箱中的转换器根据太阳能电池所产生的电流的大小决定一个制冷剂通路工作还是多 个制冷剂通路联合工作，同时，转换器还能根据电流的大小，调节变速压缩机的转 速，以实现压缩机转速和太阳能电池产生的电流之间的匹配。该冰箱用蓄冷材料蓄 冷来取代蓄电池。此发明所述的冰箱系统的优点在于：早上、傍晚等辐射强度较弱 时，制冷系统也可以充分的利用太阳能电池的电能，对天气状况适应性好，效率高。 但由于冰箱有多个独立的制冷系统，所以结构复杂，成本高。 德国的Socrates Kaplanis34等把市售交流冰箱改制成适合于光伏太阳能系统的直 流变速冰箱，采用直流变速压缩机，加厚了市售冰箱的箱壁，并对冰箱的调速等运 行特性进行了研究。科特迪瓦的Siaka Toure35等对一种带蓄冷的医用直流冰箱进行