太阳能炒酸奶机系统性能分析颜

鲁薪 杨伟鹏

摘 要：针对传统使用压缩式制冷炒酸奶机功耗高、噪声大、受电力条件束缚等缺点，本文设计了一种利用光伏组件供能、半导体制冷技术制冷的太阳能炒酸奶机，并对炒酸奶机的性能进行了理论计算分析和MATLAB & Simulink仿真模拟。分析表明，太阳能炒酸奶机能够满足设计要求，实现设计目标。

关键词：半导体;制冷系统;光伏发电

中图分类号：TS252.3 文献标识码：A 文章编号：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，常见的炒酸奶机制冷多采用压缩式制冷。制冷系统的主要组成为压缩机、冷凝器、风机、节流阀、蒸发器和控制开关。该制冷系统使用电力驱动压缩机，压缩机对系统管路内的制冷剂进行压缩，之后将压缩的制冷剂依次通过蒸发器、节流阀和冷凝器重新进入压缩机完成制冷循环。循环过程中，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热带走热量，使蒸发器周围的环境温度降低，进而达到制冷效果。由于这种制冷方式需要使用电动机带动压缩机运转，同时在蒸发器中释放大量热量需要通过风机进行散热，使得传统炒酸奶机的耗电量高、噪声大。此外，由于需要电力供应，炒酸奶机的安置地点受到了供电条件的束缚。因此，本文设计了一种采用光伏组件提供电力、半导体制冷的太阳能炒酸奶机，并对系统性能进行理论分析和MATLAB & Simulink组件仿真，以验证系统是否能够达到设计要求。

2 系统结构

本文研究的太阳能炒酸奶机，通过安装在炒酸奶机前部的光伏组件提供电力，利用半导体制冷提供所需冷量，用以制作炒酸奶。

为实现上述目的，炒酸奶机的结构为太阳能炒酸奶机，包括箱体、光伏组件、蓄电池、控制器和冷炒盘等。箱体前端安装有光伏组件，通过安装在光伏组件上的伸缩装置可以调节组件的倾斜角度。箱体顶部固定有炒盘，炒盘下部安装有半导体制冷片，内部安装有控制器和蓄电池，半导体制冷片与蓄电池连接。充电控制器控制蓄电池的充放电。

3 理论性能计算分析

因此，所需制冷量为0.035kW，半导体制冷片热端散热量为0.085kW。可见，热端散热通过风扇强制对流循环散热，可以满足散热要求。因此，对比选型，最终选择奥冷ATA035-12-A-00型半导体制冷片即可满足制冷量的需求。ATA035-12-A-00型半导体制冷片制冷功率35W，额定电流3.9A，额定电压12V，满足本设计制冷量的需求。同时，可以计算得出此半导体制冷片的额定功率为46.8W。假设每天工作时间为10h，则每天所需耗电量为0.468kW·h。

使用12V蓄电池供电，按照放电深度80%计算，则可得蓄电池容量至少满足48.75Ah。因此，蓄电池选择12V电压、50Ah容量蓄电池，以满足系统设计要求。光伏组件方阵损失、尘埃遮挡等综合系数按0.9计算，充电效率按0.9分析[3]，则每天光伏组件至少需要发电0.74kW·h。我国西北地区平均日照峰值时间为4.3h[4]，则光伏组件峰值功率应至少为172W，以满足炒酸奶机每天的用电量需求。对比选型，光伏组件选择天合DUOMAX-PEG40.07组件，其输出峰值功率180W，尺寸1 658mm×992mm×6mm，满足系统要求[5]。

4 性能仿真分析

利用光伏发电原理和帕尔贴效应达到制冷目的的半导体制冷片，实现了酸奶的制冷过程。光伏组件吸收太阳能转化为电能为蓄电池充电，利用蓄电池中的电能对制冷片供电，实现了制冷过程。同时，控制系统完成定时设置、报警显示和能量分配等功能。

利用MATLAB & Simulink组件构建上述太阳能炒酸奶机仿真系统模型（如图1所示），模型主要模块包括光伏组件模块（如图2所示）、蓄电池的充放电模块（如图3所示）、半导体制冷模块和酸奶温度状态模块。利用模型可以仿真模拟光伏组件在不同辐照量和环境温度下的运行特性，并仿真模拟炒酸奶的制作时间等参数。

5 结语

本文研究了一种利用太阳能供电、使用半导体制冷的炒酸奶机，并对系统进行了理论分析，利用MATLAB & Simulink组件对系统进行了仿真模拟。通过理论分析和仿真模拟可以看出，太阳能炒酸奶机利用光伏组件供电实现了设计要求的运行目标，节能环保，安静高效，具有很好的社会、经济和能量效益。

参考文献：

[1]安景飞.半导体制冷系统性能的研究[D].成都：西华大学，2013.

[2]王倩.太阳能半导体制冷箱制冷性能分析[D].南京：南京师范大学，2011.

[3]曹娟华.太阳能半导体冷箱性能的理论分析及实验研究[D].南昌：南昌大学，2010.

[4]王仕俊，平常，薛国斌，等.影响光伏功率输出因素的研究与分析[J].电气技术，2018（8）：68-71.

[5]吕志家，张雷，谢彬彬，等.热电冷藏箱制冷系统性能分析和试验研究[J].制冷与空调，2015（9）：53-55，43.