魯薪 楊偉鵬

摘 要：針對傳統(tǒng)使用壓縮式制冷炒酸奶機(jī)功耗高、噪聲大、受電力條件束縛等缺點，本文設(shè)計了一種利用光伏組件供能、半導(dǎo)體制冷技術(shù)制冷的太陽能炒酸奶機(jī)，并對炒酸奶機(jī)的性能進(jìn)行了理論計算分析和MATLAB & Simulink仿真模擬。分析表明，太陽能炒酸奶機(jī)能夠滿足設(shè)計要求，實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體;制冷系統(tǒng);光伏發(fā)電

中圖分類號：TS252.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0032-03

Abstract： In view of the shortcomings of traditional yoghurt stir-frying machine with compressed refrigeration， such as high power consumption， high noise and constrained by electric power conditions， a solar yoghurt stir-frying machine using photovoltaic module energy supply and semiconductor refrigeration technology was designed in this paper. The performance of the stir-frying yoghurt machine was analyzed theoretically and simulated by MATLAB & Simulink. The analysis shows that the solar fried yogurt machine can meet the design requirements and achieve the design goals

Keywords： semiconductor;refrigeration system;photovoltaic power generation

1 背景及意義

目前，常見的炒酸奶機(jī)制冷多采用壓縮式制冷。制冷系統(tǒng)的主要組成為壓縮機(jī)、冷凝器、風(fēng)機(jī)、節(jié)流閥、蒸發(fā)器和控制開關(guān)。該制冷系統(tǒng)使用電力驅(qū)動壓縮機(jī)，壓縮機(jī)對系統(tǒng)管路內(nèi)的制冷劑進(jìn)行壓縮，之后將壓縮的制冷劑依次通過蒸發(fā)器、節(jié)流閥和冷凝器重新進(jìn)入壓縮機(jī)完成制冷循環(huán)。循環(huán)過程中，制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱帶走熱量，使蒸發(fā)器周圍的環(huán)境溫度降低，進(jìn)而達(dá)到制冷效果。由于這種制冷方式需要使用電動機(jī)帶動壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)，同時在蒸發(fā)器中釋放大量熱量需要通過風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，使得傳統(tǒng)炒酸奶機(jī)的耗電量高、噪聲大。此外，由于需要電力供應(yīng)，炒酸奶機(jī)的安置地點受到了供電條件的束縛。因此，本文設(shè)計了一種采用光伏組件提供電力、半導(dǎo)體制冷的太陽能炒酸奶機(jī)，并對系統(tǒng)性能進(jìn)行理論分析和MATLAB & Simulink組件仿真，以驗證系統(tǒng)是否能夠達(dá)到設(shè)計要求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文研究的太陽能炒酸奶機(jī)，通過安裝在炒酸奶機(jī)前部的光伏組件提供電力，利用半導(dǎo)體制冷提供所需冷量，用以制作炒酸奶。

為實現(xiàn)上述目的，炒酸奶機(jī)的結(jié)構(gòu)為太陽能炒酸奶機(jī)，包括箱體、光伏組件、蓄電池、控制器和冷炒盤等。箱體前端安裝有光伏組件，通過安裝在光伏組件上的伸縮裝置可以調(diào)節(jié)組件的傾斜角度。箱體頂部固定有炒盤，炒盤下部安裝有半導(dǎo)體制冷片，內(nèi)部安裝有控制器和蓄電池，半導(dǎo)體制冷片與蓄電池連接。充電控制器控制蓄電池的充放電。

3 理論性能計算分析

因此，所需制冷量為0.035kW，半導(dǎo)體制冷片熱端散熱量為0.085kW?？梢姡瑹岫松嵬ㄟ^風(fēng)扇強(qiáng)制對流循環(huán)散熱，可以滿足散熱要求。因此，對比選型，最終選擇奧冷ATA035-12-A-00型半導(dǎo)體制冷片即可滿足制冷量的需求。ATA035-12-A-00型半導(dǎo)體制冷片制冷功率35W，額定電流3.9A，額定電壓12V，滿足本設(shè)計制冷量的需求。同時，可以計算得出此半導(dǎo)體制冷片的額定功率為46.8W。假設(shè)每天工作時間為10h，則每天所需耗電量為0.468kW·h。

使用12V蓄電池供電，按照放電深度80%計算，則可得蓄電池容量至少滿足48.75Ah。因此，蓄電池選擇12V電壓、50Ah容量蓄電池，以滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。光伏組件方陣損失、塵埃遮擋等綜合系數(shù)按0.9計算，充電效率按0.9分析[3]，則每天光伏組件至少需要發(fā)電0.74kW·h。我國西北地區(qū)平均日照峰值時間為4.3h[4]，則光伏組件峰值功率應(yīng)至少為172W，以滿足炒酸奶機(jī)每天的用電量需求。對比選型，光伏組件選擇天合DUOMAX-PEG40.07組件，其輸出峰值功率180W，尺寸1 658mm×992mm×6mm，滿足系統(tǒng)要求[5]。

4 性能仿真分析

利用光伏發(fā)電原理和帕爾貼效應(yīng)達(dá)到制冷目的的半導(dǎo)體制冷片，實現(xiàn)了酸奶的制冷過程。光伏組件吸收太陽能轉(zhuǎn)化為電能為蓄電池充電，利用蓄電池中的電能對制冷片供電，實現(xiàn)了制冷過程。同時，控制系統(tǒng)完成定時設(shè)置、報警顯示和能量分配等功能。

利用MATLAB & Simulink組件構(gòu)建上述太陽能炒酸奶機(jī)仿真系統(tǒng)模型（如圖1所示），模型主要模塊包括光伏組件模塊（如圖2所示）、蓄電池的充放電模塊（如圖3所示）、半導(dǎo)體制冷模塊和酸奶溫度狀態(tài)模塊。利用模型可以仿真模擬光伏組件在不同輻照量和環(huán)境溫度下的運行特性，并仿真模擬炒酸奶的制作時間等參數(shù)。

5 結(jié)語

本文研究了一種利用太陽能供電、使用半導(dǎo)體制冷的炒酸奶機(jī)，并對系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析，利用MATLAB & Simulink組件對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真模擬。通過理論分析和仿真模擬可以看出，太陽能炒酸奶機(jī)利用光伏組件供電實現(xiàn)了設(shè)計要求的運行目標(biāo)，節(jié)能環(huán)保，安靜高效，具有很好的社會、經(jīng)濟(jì)和能量效益。

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