伴随环境与能源问题的不断严峻,人们逐渐意识到环保工作的开展,并重视起太阳能的运用。而太阳能多联机空调,是由一台太阳能空调室外机通过配管连接两台或两台以上室内机,由此满足室内调节问题的效果。并且其借助太阳能电池来实现发电,并运用到驱动空气调节系统当中,其能够在较为炎热的夏季,处于阳光充足的状态时,由太阳能电力为多联机空调压缩机提供电能,而多余电能会回馈到电网当中,如果在日照不足的情况下,就会运用蓄电池来进行供电,而因太阳能电力属于直流电,并且太阳能电池也有和常规电力之间不同的非线性特点,所以要注重建立专用的驱动电路体系。
一、太阳能驱动
(一)太阳能电池
首先,其主要原理。以半导体硅制成、硅晶体制成。前者是以半导体的导电性为基础,处于导体与绝缘体之间的。通过在半导体上照射光源之后因其吸收光会激发出电子与空穴,会使得半导体当中出现电流,因此也被叫做“光发电效应”和“光伏效应”。而对于后者来说,因掺有了磷杂质的硅含有多余的电子,被叫做N型半导体。而其中含有硼杂质的硅会包含多余的正电荷,被叫做P型半导体。如果把两者进行结合,被称之为PN结,其属于半导体器件最为关键的结构。而太阳能电池也是一样运用PN结光伏效应来实现相应操作的。
针对PN结当中,其P型半导体电子受到一定拉力,而N型半导体正电荷也受到一定拉力,而两者结合处会出现止负抵消区域,并产生一定的阻挡层。在这样的情况下,如存在太阳光的照射,那么将会激发其电子做自由运动,从而流向N型半导体当中。随后其正电荷会集结在P型半导体当中,并产生电位势。
其次,其电池转换效率。将其与交流发电技术进行对比能够有效的明确,关键部分是输送的每千瓦时电力能源的成本。对于光伏发电来说,针对其能源成本主要有两个参数为主,其中包括光伏能量的转换效率,还有就是每瓦容量投资的费用,针对这两个参数来说,标志了光伏电能具有较强的经济竞争力。而对于光伏电池的研发目标在于提高转换效率以及其他的性能参数,由此可以满足降低商业太阳能电池以及组件成本的效果。而次要的目标在于提升产能,也能减低能源的消耗以及制造成本,更能满足降低杂质与缺陷的要求。
(二)太阳能聚光器
有效的运用太阳能聚光系统,其作用在于以聚光器件将面积较大的光聚集到面积较小的太阳能电池板之上,让单位时间之内到单位面积的太阳光可以进一步增大,以此满足提升太阳能电池的发电量,而在该系统当中的菲涅尔透镜起到了聚光作用。
二、光伏式太阳能多联机空调的最大功率跟踪器
针对光伏阵列输出功率是取决于实际的日照条件。而图1中是某次太阳能电池电压情况,也就是电流特性曲线图,在图中的S1、S2、S3属于日照参数,而图中的P1、P2、P3为电池最大的输出功率,由此可以看到电池输出功率以及日照之间是和负载有一定关系的,为了让光伏阵列能够在所有的日照与负载条件之下能够呈现出最大的功率输出,因此要设计最大的功率来跟踪电路;而对于最大功率的跟踪器(MPPT),其本质属于DC-DC斩波电路,其阵列电压与电流乘积之后获得的功率,之后由占空比调节让阵列输出功率进一步增大,而电路会运用新型IGBT功率模块以及厚膜电路驱动技术为主,让最大功率的跟踪器功率的密度可以进一步提升,而且也能增强最大功率的跟踪器的转换效率。
图1 电流特性曲线图
三、铅酸蓄电池对电路进行保护和对电源给予辅助
太阳能多联机空调以铅酸蓄电池来对电路进行保护,主要包括防过充保护以及防过放保护,因太阳能多联机空调在运作时属于无人看守的状态,所以在针对蓄电池进行保护时,必须要满足全自动要求,而对于保护功能的主要策略是对蓄电池端电压与电流进行不断的检测,并将其剩余电量进行记录,如果其剩余电量呈现出不足表现时,就会通知其空调机来降低制冷量,这样能够实现降低蓄电池放电电流情况;而如果出现蓄电池严重缺电的状态,那么就会关闭所有的负载;而如果蓄电池属于电量充足的状态时,就可以关闭充电回路,再由辅助电源把多余电力回馈到电网当中,这一工作是通过微处理器来完成的。
针对壁挂式太阳能空调机,其室内风机和换向阀以及室外风机运用的电源都是以220V、50Hz为主的单相交流电,尤其是在阳光充足的地方,其太阳能发电能量如果有多余时,会通过变换并回馈到电网当中,所以设计了专门的220V、50Hz的辅助电源。其辅助电源属于单相工频逆变电源,通过微处理器控制来满足脉宽调制输出的要求,在由电感、电容组成RC滤波,之后就可以满足最后的输出要求,在有城市电网的地方可以实现输出和市电相连,而处于充足阳光下时会由辅助电源把多余电能回馈到电网。
四、变频电路的设计
因调器压缩机电机起动电流是额定电流的5-7倍左右,如果不能运用软起动技术,那么将会导致升压电路与变频电路出现严重冲击,因当前实际家用空调压缩机的电机都是单相电容运转形式,不能运用U/f恒定变频方式来运行,所以需对压缩机电动机接线形式进行有效转变,这样能够使得电路节省原来运转的电容,变为两相互差90°、电压和频率都是能够调节的两相变频运行的形式,由此可以确保压缩机在起动时运用较大转矩,从而让起动过程变得更加平稳,不会产生任何的冲击电流;其中的主电路直流电压是由前级升压电路中获取的,而变频运行控制电路运用的是8位微处理器INTEL8031以及三相脉宽调制电路SLE4520。
而因在低速时其电机的铜耗的比例会加大,需运用合理的补偿措施,那么针对额定电压在220V,频率在50Hz的单相电机中,其主绕组电压应以以下运算公式来计算:其中U属于直线测电压。只有知道了脉宽调制周期数值、直线测电压数值以及电动机同步调频数值后就可以算出脉冲的宽度。而对于脉宽调制部分在实际的硬件中会以微处理器、脉宽调制专用芯片为主,而主电路电压电流信号是以霍尔元件检测之后,经过A/D转换电路输送到微处理器当中。而通过MPPT运算得出F以后,会结合已知条件来计算出不同频率之下的脉宽数值,之后在存储于微处理器制作的RAM当中,如果出现变频信号,便会由脉宽调制所需芯片,以此为变频运行提供有利保障。而对于一些基本数据信息来说,例如,正弦函数值、常数项等,有效的进行离线计算后,都可以存储到EPROM当中,需要时只需要查阅表格就可以找到。如果系统发生故障,其SLE4520会迅速封锁输出的信号,而且还会及时的通知CPU来进行处理,也能把相应的故障问题有效的展现在显示屏上;而对于变频部分的软件,以主程序、中断服务程序所建立而成,其主程序在实现了U和f条件之下的脉宽数值计算要求后,中断服务程序就会实时的将各个时段的计算结果发送出来。
参考文献:
[1]李响,田明,王冠,张鹏,王蕊. 太阳能驱动的电光源研究[J]. 中国科技信息,2012,(19):40.
[2]吴薇,殷勇高,冒海阳,李晖艳,尹成志. 太阳能驱动制冷空调技术[J]. 南京师范大学学报(工程技术版),2007,(04):40-44.
[3]曹仁贤,茆美琴,李维华,孙正强. 光电式太阳能空调的驱动技术研究[J]. 流体机械,1997,(09):54-58.