太陽能炒酸奶機系統性能分析顏

魯薪 楊偉鵬

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

關鍵詞：半導體;制冷系統;光伏發電

中圖分類號：TS252.3 文獻標識碼：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，常見的炒酸奶機制冷多采用壓縮式制冷。制冷系統的主要組成為壓縮機、冷凝器、風機、節流閥、蒸發器和控制開關。該制冷系統使用電力驅動壓縮機，壓縮機對系統管路內的制冷劑進行壓縮，之后將壓縮的制冷劑依次通過蒸發器、節流閥和冷凝器重新進入壓縮機完成制冷循環。循環過程中，制冷劑在蒸發器中蒸發吸熱帶走熱量，使蒸發器周圍的環境溫度降低，進而達到制冷效果。由于這種制冷方式需要使用電動機帶動壓縮機運轉，同時在蒸發器中釋放大量熱量需要通過風機進行散熱，使得傳統炒酸奶機的耗電量高、噪聲大。此外，由于需要電力供應，炒酸奶機的安置地點受到了供電條件的束縛。因此，本文設計了一種采用光伏組件提供電力、半導體制冷的太陽能炒酸奶機，并對系統性能進行理論分析和MATLAB & Simulink組件仿真，以驗證系統是否能夠達到設計要求。

2 系統結構

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

為實現上述目的，炒酸奶機的結構為太陽能炒酸奶機，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節組件的傾斜角度。箱體頂部固定有炒盤，炒盤下部安裝有半導體制冷片，內部安裝有控制器和蓄電池，半導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，半導體制冷片熱端散熱量為0.085kW。可見，熱端散熱通過風扇強制對流循環散熱，可以滿足散熱要求。因此，對比選型，最終選擇奧冷ATA035-12-A-00型半導體制冷片即可滿足制冷量的需求。ATA035-12-A-00型半導體制冷片制冷功率35W，額定電流3.9A，額定電壓12V，滿足本設計制冷量的需求。同時，可以計算得出此半導體制冷片的額定功率為46.8W。假設每天工作時間為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，以滿足系統設計要求。光伏組件方陣損失、塵埃遮擋等綜合系數按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電0.74kW·h。我國西北地區平均日照峰值時間為4.3h[4]，則光伏組件峰值功率應至少為172W，以滿足炒酸奶機每天的用電量需求。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，滿足系統要求[5]。

4 性能仿真分析

利用光伏發電原理和帕爾貼效應達到制冷目的的半導體制冷片，實現了酸奶的制冷過程。光伏組件吸收太陽能轉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，實現了制冷過程。同時，控制系統完成定時設置、報警顯示和能量分配等功能。

利用MATLAB & Simulink組件構建上述太陽能炒酸奶機仿真系統模型（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）、半導體制冷模塊和酸奶溫度狀態模塊。利用模型可以仿真模擬光伏組件在不同輻照量和環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。

5 結語

本文研究了一種利用太陽能供電、使用半導體制冷的炒酸奶機，并對系統進行了理論分析，利用MATLAB & Simulink組件對系統進行了仿真模擬。通過理論分析和仿真模擬可以看出，太陽能炒酸奶機利用光伏組件供電實現了設計要求的運行目標，節能環保，安靜高效，具有很好的社會、經濟和能量效益。

參考文獻：

[1]安景飛.半導體制冷系統性能的研究[D].成都：西華大學，2013.

[2]王倩.太陽能半導體制冷箱制冷性能分析[D].南京：南京師范大學，2011.

[3]曹娟華.太陽能半導體冷箱性能的理論分析及實驗研究[D].南昌：南昌大學，2010.

[4]王仕俊，平常，薛國斌，等.影響光伏功率輸出因素的研究與分析[J].電氣技術，2018（8）：68-71.

[5]呂志家，張雷，謝彬彬，等.熱電冷藏箱制冷系統性能分析和試驗研究[J].制冷與空調，2015（9）：53-55，43.