太陽能半導(dǎo)體空調(diào)控制裝置的設(shè)計方法
太陽能半導(dǎo)體制冷空調(diào)是根據(jù)太陽能的光伏效應(yīng),即通過“光-電-冷”途徑,并利用太陽能電池產(chǎn)生的電能為驅(qū)動半導(dǎo)體制冷裝置,以實(shí)現(xiàn)熱能傳遞的一種特殊制冷方式。太陽能光電轉(zhuǎn)換的電能不但可以與熱電制冷直流供電模式相匹配,而且,太陽能光照輻射強(qiáng)度與冷量需求有很好的時間匹配性。此外,太陽能清潔環(huán)保,資源豐富,取之不盡、用之不竭,而且太陽能與半導(dǎo)體環(huán)境友好共通,因此,太陽能半導(dǎo)體制冷空調(diào)可以創(chuàng)造出高品質(zhì)的綠色生活空間。本設(shè)計就是利用海南得天獨(dú)厚的自然條件,以低成本為基準(zhǔn),給出了太陽能半導(dǎo)體制冷空調(diào)試驗(yàn)裝置的設(shè)計方法。該方法在海南以及熱帶地區(qū)有著廣闊的應(yīng)用前景,本課題的任務(wù)之一就是對太陽能半導(dǎo)體空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。
1 太陽能半導(dǎo)體空調(diào)的系統(tǒng)構(gòu)成
太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)可由太陽能光電轉(zhuǎn)換裝置、能量匹配數(shù)控器、儲能裝置、半導(dǎo)體制冷裝置、系統(tǒng)控制裝置等五部分組成。
日照時,太陽能光電轉(zhuǎn)換器可以把照射在它上面的太陽光能轉(zhuǎn)換為電能,為空調(diào)系統(tǒng)提供必須的能量來源。本文的太陽能光電轉(zhuǎn)換器輸出的電能與空調(diào)系統(tǒng)所需要的電能具有很好的一致性,而在無日照或日照不足時需要有其他輔助能源或儲能裝置,以便把太陽能光電轉(zhuǎn)換器輸出的一部分電能予以儲存?zhèn)溆?,從而保證太陽能半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)能夠全天候地運(yùn)行。數(shù)控匹配器可使太陽能電池陣列的輸出阻抗與等效負(fù)載阻抗相匹配,以使整個系統(tǒng)的能量傳輸轉(zhuǎn)換始終處于最佳狀態(tài),同時對儲能裝置的過充、過放進(jìn)行控制。
半導(dǎo)體制冷制熱裝置通常由多塊熱電堆或制冷單元組成,其中冷端和熱端均加裝有散熱裝置。需要制冷時,冷端置于室內(nèi)吸熱,以達(dá)到降低溫度制冷的目的;熱端則置于室外通風(fēng)散熱。而在冬季,環(huán)境溫度較低需要制熱時,則可通過改變電源的正、負(fù)極來改變通過熱電堆的電流方向,此時熱電堆的冷端就變成了熱端向室內(nèi)放熱,而原來的熱端則變成了冷端向周圍環(huán)境吸熱,從而達(dá)到制熱空調(diào)的目的。圖1所示是本設(shè)計的制冷模塊實(shí)驗(yàn)裝置圖。
本系統(tǒng)的控制裝置主要有2個功能,一是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度以及測量和控制制冷片冷端和熱端導(dǎo)熱陶瓷片表面的溫度。二是調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度,即控制一加濕裝置。該系統(tǒng)不但可實(shí)現(xiàn)自動化和智能化,同時也可為室內(nèi)提供最為舒適的環(huán)境。其整體系統(tǒng)試驗(yàn)裝置如圖2所示。
2 空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計
在半導(dǎo)體制冷制熱裝置中,制冷片冷端和熱端的導(dǎo)熱陶瓷片表面涂抹思想導(dǎo)熱硅脂可以減少接觸熱阻,但是,導(dǎo)熱硅脂超過60℃就容易融化,這樣,就需要隨時了解陶瓷表面的溫度,一旦超過此溫度就需要開啟風(fēng)扇散熱。另外,室溫的調(diào)節(jié)被設(shè)定在一定的范圍內(nèi)(-10℃~40℃),使用者可根據(jù)自身的要求調(diào)節(jié)溫度,精度可達(dá)±0.5℃。此外,系統(tǒng)還能檢測室內(nèi)濕度,并可根據(jù)實(shí)際濕度與設(shè)定值的比較結(jié)果來進(jìn)行濕度的自動調(diào)節(jié)。而人機(jī)對話接口則主要用于溫、濕度上下限值的設(shè)定以及溫、濕度值的實(shí)時顯示。
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