光伏发电驱动微型制冷系统性能实验研究

摘要

光伏发电系统与冰箱空调等常规制冷系统结合情况下，电能获取和冷量需求有很好的时间匹配性，可有效减少温室效应和环境污染等问题。随着微机电系统与微系统工艺的迅速发展，系统组件与控制器的微型化、轻量化得以实现，以微型蒸气压缩式制冷为首的微型主动制冷技术在芯片冷却和个体微环境调节等一些领域成功应用。微型制冷与光伏结合将综合两者的优势，为未来应用提供一个新的发展方向。
　　本文建立了配有蓄电池的光伏微型压缩式制冷系统实验台，基于当地实际气象条件进行了一系列实验研究，具体内容包括：
　　（1）对设计的微型制冷系统的热力学性能进行实验测试：如对不同制冷剂充注量、不同冷冻水进口温度、不同压缩机转速、不同冷冻水流量四种情况下进行调试，经过数据处理分析得到了系统运行的最佳工况，即制冷剂充注量160 g、冷冻水进口温度15°C、冷冻水流量35 g/s、压缩机转速6500 rpm。
　　（2）结合天津地区实际天气对微型光伏制冷系统在不同天气、纯充电和纯放电条件下的运行表现进行了实验测试，并根据热力学第一和第二定律对系统能量转化利用的性能效率进行了分析。结果表明：该实验系统可为微型制冷系统运行提供所需电能，光伏发电效率为12％～13%，系统总能量效率随光照辐射强度增大而减小。系统?损失最大部位为光伏，平均损失约240 W；其次为压缩机，平均?损失约50 W，占微型制冷系统?损失的80%以上。
　　（3）为减少系统能量损失提高效率，提出了一套优化设计方案，该方案能够保证设计所需冷量，同时负载消耗减少26%，微型制冷系统总体?损失可减少36%。此外，提高了在恶劣气候环境情况下的持续工作能力。
　　最后，利用本文提出的研究方法对不同场合下热负荷改变情况下的系统所需光伏阵列和蓄电池进行了匹配计算，得到了热负荷与光伏阵列面积和蓄电池容量对应的拟合关联式，为后续研究的设计和应用提供了帮助。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第二章 实验系统匹配计算与设计

2.1 实验系统匹配设计计算及选型

2.2 监测系统采集参数及其精度介绍

2.3 实验系统整体设计搭建

2.4 本章小结

第三章 微型制冷系统实验性能测试

3.1 本实验测试系统简介

3.2 调试前准备工作

3.3 调试实验内容与步骤

3.4 实验数据处理方法

3.5 调试结果数据分析

3.6 本章小结

第四章 不同天气下微型光伏制冷系统的应用研究

4.1 微型制冷系统-蓄电池纯放电条件下运行测试

4.2 光伏-蓄电池纯充电条件下运行测试

4.3 晴天条件下运行测试

4.4 阴天条件下运行分析

4.5 本章小结

第五章 系统性能分析与优化

5.1 微型光伏制冷系统性能分析

5.2 微型光伏制冷系统运行方案优化

5.3 不同热负荷情况下的系统设计

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢