太阳能光伏直流蓄冷冷库温度场模拟和实验研究

邵超 赵帅 赵有信 马永志 贺素艳

摘  要：在一些电网无法覆盖或者供电严重不足的特殊地区，传统的冷藏设备无法使用，医疗制品的存储是一个难以解决的问题。为了解决这些特殊地区医疗制品的存储问题，提出了一种太阳能光伏直流蓄冷冷库，使用Fluent软件对冷库的瞬态温度场进行理论模拟，发现将蓄冷箱布置在四面墙壁的情况下冷库温度均匀性良好。在理论模拟的基础上搭建冷库进行实测，证明了采用这种布置方式完全可以满足疫苗等医疗制品的冷藏要求，以及太阳能直接驱动蓄冷冷库在偏远干旱地区的应用是可行的。

关键词：太阳能;光伏制冷;直流压缩机;相变蓄能;温度场;模拟

中图分类号：TM615      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）07-0029-04

Simulation and Experimental Study on Temperature Field

of Solar Photovoltaic DC Cold Storage

SHAO Chao，ZHAO Shuai，ZHAO Youxin，MA Yongzhi，HE Suyan

（School of Electromechanic Engineering，Qingdao University，Qingdao  266071，China）

Abstract：In some special areas where the power grid cannot be covered or the power supply is seriously insufficient，the traditional refrigeration equipment cannot be used，and the storage of medical products is a difficult problem to solve. In order to solve the storage problem of medical products in these special areas，a solar photovoltaic DC cold storage is proposed. The transient temperature field of the cold storage is simulated by Fluent software. The results show that the temperature uniformity of the cold storage is good when the cold storage box is arranged on four walls. On the basis of theoretical simulation，a cold storage was built for actual measurement，which proved that the arrangement can meet the cold storage requirements of vaccines and other medical products. It is proved that the application of solar energy direct drive cold storage in remote arid area is feasible.

Keywords：solar energy;photovoltaic refrigeration;DC compressor;phase change energy storage;temperature field;simulation

0  引  言

目前依赖电网运行的传统冷库，无法满足偏远地区、岛屿等用电紧张地区的冷藏需求，由太阳能光伏驱动的制冷冷库不依赖于电网运行，非常适合偏远地区、岛屿等环境。太阳能制冷领域主要包括太阳能热制冷和太阳能光伏制冷。对此很多学者对太阳能制冷进行了研究，刘群生等[1]对一种光伏直流冰箱系统的运行性能进行了实验研究，并对该系统进行了?分析。杨宇飞等[2]提出一种无蓄电池的光伏直接驱动的蒸汽压缩式制冷系统，并对其进行仿真计算。孔祥强[3]研究分析了工质R290在直膨式太阳能热泵系统中的分布和迁移特性。Modi等[4]的研究成果表明把传统的165 L冰箱转变为光伏冰箱是可行的。国内外学者对太阳能光电制冷相关方面做了大量的研究。但是都局限于太阳能光伏冰箱和太阳能光伏冷藏箱这类的小型冷藏存储，这类小型设备存在储存空间小、成本极为昂贵的问题。

针对上述问题，结合青岛大学机电工程学院院级科研项目，本文以理论结合实际提出了一种太阳能直接驱动蓄冷冷库，太阳能直接驱动蓄冷冷库存储空间大，可以更好地满足缺电地区的冷藏储存要求，为了研究冷库的性能，本课题使用Fluent软件对冷库的瞬态温度场进行理论模拟，并对冷库的保温性和温度均匀性进行测试。

1  太阳能直接驱动蓄冷冷库系统

本文研究的太阳能直接驱动蓄冷冷库，结合了太阳能光伏发电、蒸气压缩式制冷、相变蓄冷。在传统太阳能光伏发电系统中需要多组蓄电池，蓄电池在使用过程中会造成大量环境污染，危害人体健康，后期维护困难，维护成本高，于是太阳能直接驱动蓄冷冷库中取消太阳能蓄电池这一部件[5]。为了保证夜间和阴天期间冷库内的制冷需求，在冷库内添加相变蓄冷装置，相变蓄冷装置中储存的蓄冷材料吸收多余的冷量，用于满足冷库夜间或阴天期间的制冷需求，维持冷库内温度均匀稳定。图1为太阳能直接驱动蓄冷冷库系统示意图。

图1中太阳能光伏发电系统由太阳能光伏板1，连接器2，控制器3組成，产生直流电供给直流压缩机4，直流压缩机4直接驱动蒸气压缩式制冷系统运行，制取的冷量在蓄冷箱10中通过相变吸收储存，蓄冷箱10中的相变材料选用水，夜间或阴天期间内将储存起来的冷量通过相变换热释放到冷库内部存储空间内，维持冷库空间内温度稳定。