【《某太阳能干燥箱烘干系统、供电系统及所需电量计算》3700字】

某太阳能干燥箱烘干系统、供电系统及所需电量计算目录TOC\o"1-3"\h\u26433某太阳能干燥箱烘干系统、供电系统及所需电量计算 1274331.1烘干系统的设计 168531.1.1加热器的选择 1174431.1.2风机的选择 284201.2光伏部件的选择与电量计算 2152971.2.1太阳能光伏发电 2257901.2.2所需电能计算 356911.2.3光伏组件设计 3288921.2.4蓄电池设计 5303021.2.5控制器设计 61.1烘干系统的设计1.1.1加热器的选择加热装置是干燥箱的重要部分，直接影响到干燥箱的干燥效率。食品的干燥实际上是不断吸收热量的过程，所选择的加热装置能够满足食品干燥所需要的热量。以干燥200Kg的枸杞为例，到达干燥要求所需要的热量可提供公式进行计算。假设在干燥过程中，食品的质量是因为水分的散失造成的，及干燥前后它的绝对质量不变，则干燥过程物料升温所需热能Q根据以下公式计算：(3.1)式中，为干燥工程中所需热量，kj；为干燥前湿物料的质量，为绝对干物料的比热，取2kJ/kg•℃，为水的定压比热，取4.186kJ/kg·℃；为物料的干基含水率，取（枸杞的初始含水率为，取76%，干燥后的安全水分时含水率为，取10%）；为室外平均温度，取25℃；为干燥箱内平均温度，取60℃。根据计算得，物料升温所需要的热能为：kJ干燥箱每天工作按8小时工作，加热装置所产生以上热量需要功率为：(3.2)经计算得，加热装置功率由以上计算可以得出，加热装置可采用直流24V/600W加热器，其工作温度为20-90℃。1.1.2风机的选择风机作为太阳能干燥设备的配套动力设备，其选型对干燥设备的性能至关重要。离心式风机和轴流式风机是比较常见的两种类型的风机，也是干燥设备普遍应用的风机。轴流式风机的风量不会因外界阻力的大小而变化，适用于要求风量稳定的设备。离心式风机输气量较大，压强较高。风机需要将热空气稳定吹进干燥箱内，进行对物料的干燥。综合以上考虑，干燥箱选用一台24V/50W的直流离心风机。1.2光伏部件的选择与电量计算1.2.1太阳能光伏发电在光能利用形式中，太阳能光伏发电占据主导地位，是最为有效且得到广泛应用的方法。与传统的燃煤发电方式相比，光伏发电系统的性比价是显而易见的，首先从环境角度分析，自从工业革命以来，大量的运用化石能源作为工业的血液，带来了全球工业的飞速进步，但现今已不同往昔；其一，化石能源的大量消耗带来的是全球变暖，海平面上升，环境日益恶化，这一现状已经不符合当前环境需求，更不符合绿色可持续发展战略目标；其二，人们无限制的开发利用，截止目前，全球探明的化石资源为数不多，如果依然利用化石资源而不寻找新型能源代替，全球将面临无资源可用的问题。太阳能电池阵列受到光照辐射时，将会产生光生伏打效应，通过电子与空穴的移动，进而在PN结产生电压。电流经过光伏控制器再流向逆变器，直流电转换（DC-AC）为交流电提供给交流负载。多余的直流电被蓄电池储存起来。有蓄电池存在的直流光伏发电系统一般由太阳电池、蓄电池、充放电控制器、以及直流负载等组成。在夜晚及阴雨天，则主要是由蓄电池储存电能向负载供电。有太阳光时，太阳能电池组件利用光电转换向负载提供电能。目前来说，这种系统应用广泛，城市的草坪灯，家庭院落的庭院灯，一些野外测量设备，边远农村地区的供电等都有应用。在平时设计过程中，当系统容量和负载功率较大时，就得配备蓄电池组和太阳能电池阵。此设计为家庭太阳能干燥箱设计，因此在应用中首先考虑的是直流光伏发电系统，此系统较为普遍使用，结构原理较为简单，其中光伏控制器是用来控制整个系统工作，它有防止蓄电池过放电保护、系统极性反接保护等。控制器本身有光控开关、时控开关模式。本课题主要利用太阳能电池方阵、直流箱、控制器、蓄电池构成。如图所示：3-1光伏发电系统组成图1.2.2所需电能计算干燥箱主要用电负载有加热器，离心风机以及排湿风机，还有控制部分单片机等。加热器选用功率为600W，工作电压为24V；风机选用功率为50W，工作电压为24V的直流离心风机；排湿风机选用功率为50W，工作电压为24V的直流排湿风机。单片机电压为5V。排湿风机每隔一定时间进行排湿工作，加热器和风机设定每天工作时间为6小时，可计算得出每天所需的电能。加热器一天所需要的电能为：kWh离心风机一天所需要的电能为：kWh排湿风机设定每隔0.5小时循环排湿5分钟，其所需电能为：kWh系统整体用电量和工作时间计算结果如下表所示：表1.1光伏发电子系统用电负荷计算设备设计运行时间用电量/天离心风机6h0.3kWh排湿风机1h0.05kWh加热器6h1.6kWh总计6h1.95kWh1.2.3光伏组件设计太阳能光伏组件是光伏发电的核心，主要以硅材料为主，在市场上有广泛的应用，在选择光伏组件时，要充分考虑光伏组件的发电转化效率，工作寿命以及电压稳定性等要素。光伏电池按技术类型分为单晶硅、多晶硅、薄膜电池和聚光电池等，现市场占有率最高的为前3种形式。如表1.2所示，转换效率最高的单晶硅光伏电池，成本也是最高的，制作工艺复杂，生产过程耗能最高。多晶硅电池虽然转换效率低于单晶硅，但制作相对简便，生产过程中耗能也低于单晶硅，市场占有率最高;多晶硅薄膜光伏电池转换率较前两种要低，但成本低廉，因此已获得光伏发电市场的关注；非晶硅薄膜光伏电池虽然转换率最低，胜在弱光性能好，如能提高稳定性，必将会有很大的市场。表1.2各种材料光伏电池对比光伏电池类型转换效率制作材料生产成本优点单晶硅电池15%单晶硅高发展成熟，效高多晶硅电池12%多晶硅较高制造相对简便多晶硅薄膜电池10%多晶硅低价格低，性价高非晶硅薄膜电池6%非晶硅较低低光适应性好多晶硅太阳能电池多晶硅电池与单晶硅电池相比它的生产工艺更为简单，它所用的生产材料少，可以持续化的生产，效率可以达到20.4%。目前来说，多晶硅太阳能电池的诸多优点远比单晶硅电池的好，市场生产量也远比单晶硅太阳能电池高。是光伏市场的主要产品之一。单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是一类发展快、开发早、技术最为成功的电池，它通常情况下用于光伏电站、道路照明、航天等领域。它所产生的电压与电力范围广、使用寿命长以及转换效率高。当前世界上太阳能电池生产大厂有夏普公司、西门子、英国石油公司等大的企业。均是生产光伏组件的大厂家。目前已大规模商业化的该电池效率为15%~20%。它的优点为使用的年限长，并且转换效率高。其缺点是生产时间较长，相对来说制造成本就越高。光伏组件的安装有固定式和跟踪式两种。跟踪式光伏发电系统相对于固定式相比，发电效率更高，但是光伏组件的安装以及运维难度相对比较大，同时设计成本也会相应增加。考虑干燥箱上面部分面积有限，为了方便安装，减少相应的成本，所以综合以上考虑，使用使用固定式支架。在选择支架时，还要考虑环境的影响，满足防腐，雨水，防风的要求，满足20年的使用年限。综合考虑，太阳能光伏发电系统选择单晶硅电池板，具体参数如下表3-3所示：表1.3光伏组件参数表序号参数名称数值1输出功率300W2输出电压35V3峰值电流8.54A4开路电压41.6V5短路电流9.86A6转换效率18%7组件尺寸1450mm×990mm×40mm8电池片数目72(6×12)本系统主要用电设备为干燥箱加热器，风机以及排湿风机组成，根据以上所需电量计算光伏组件的功率。在我国北方地区，一般在冬季辐射量最低，系统设计要满足在冬季的用电需求，其余月份则自然能够满足，峰值日照时数可取6.4h，安全系数取1.2。根据以下公式可计算光伏组件功率：(3.3)根据以上公式计算得：QUOTE电池组件功率=3950Wh6.4h×1.2=740.625（取整800W）因此，光伏发电子系统选用3块300W的光伏组件串联组成。1.2.4蓄电池设计蓄电池将光伏组件所产生的多余电能储存起来，在遇到阴雨天或者晚上的时候，来给干燥箱提供提供电能，以维持干燥箱的正常运行和工作。考虑到成本和应用范围，在光伏发电领域常用的储能电池为铅酸电池。它有特别多的优点相比于其它电池，对于要求特别高的一些系统，通常情况下要求蓄电池具有深放电能力强、充电效率高、自放电率低和价格低廉等要求。在目前的太阳能光伏发电系统中，最常见的储能电池有铅酸蓄电池、碱性蓄电池以及磷酸铁锂蓄电池等。通常在光伏发电领域，应用最多的储能电池是铅酸蓄电池。相对于其他蓄电池，铅酸蓄电池适用性广，价格低廉实惠。铅酸蓄电池作为常用的储能产品，主要由负极板、正极板、隔板、电解质、电池槽、电池盖、安全阀、垮桥、接线端子等组成，电池可以完全组装成不同电压值。按照其结构形式可分为阀控密封、开口式、阀控密封胶体式等几种。按照其所处的环境，可以将其分为移动的和固定的。蓄电池的容量大小应要满足在阴雨天和晚上对干燥箱提供电量，考虑蓄电池的容量计算与当地状况有关，考虑连续阴雨天数为3天，胶体蓄电池的放电深度为70%。蓄电池容量可按如下方法计算：蓄电池容量=经计算得蓄电池容量为:蓄电池容量=经过计算可以得出蓄电池容量为705.36Ah。选择胶体蓄电池，根据系统直流电压要求，综合考虑单体蓄电池的重量、维修便利性等因素，最终选取规格12V200Ah的胶体蓄电池。蓄电池组标称电压24V，已知选择单体标准为12V200Ah的铅酸蓄电池，蓄电池的串并联数可根据下式计算：串联数=并联数=经计算得出：蓄电池并联数为24÷12=