一种自主式半导体制冷机柜及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自主式半导体制冷机柜及其控制方法，属空调工程技术领域。
【背景技术】
[0002]随着中国通信事业的飞速发展和通信网络规模的不断扩大，通信企业的用电成本也在不断地上涨。通信机柜是通信信号的接收和转换中心，实现通信网络与终端客户的信号传输，其运行效果直接决定通信质量的好坏，是通信部门的中枢神经建筑。截至到2013年上半年，我国移动电话的数量超过11.5亿。大量的通信信号的传输使通信网络设备、电源系统以及通信机柜等数量成倍增加。通信机柜内全天候不间断的通信要求，使通信网络的能耗迅速增长。
[0003]从全国来看，中国是太阳能资源相当丰富的国家，总辐射量大致在930—2330千瓦小时/平方米/年之间。绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh/ m2以上，西藏最高达7kffh/ m2。大体上说，我国约有三分之二以上的地区太阳能资源较好，特别是青藏高原和新疆、甘肃、内蒙古一带，利用太阳能的条件尤其有利。根据各地接受太阳总辐射量的多少，可将全国划分为四类地区。一类地区为中国太阳能资源最丰富的地区，日辐射量>5.1Kffh/m2。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最为丰富，最高达日辐射量6.4KWh/m%居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。二类地区为中国太阳能资源较丰富地区，日辐射量4.1?5.1KWh/m2。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。三类地区为中国太阳能资源中等类型地区，日辐射量3.3?4.1KWh/m2。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。四类地区是中国太阳能资源较差地区，日辐射量〈3.1Kffh/m2。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。四川、贵州两省，是中国太阳能资源最少的地区，日辐射量只有2.5?3.2Kffh/ m2。
[0004]我国太阳能资源丰富，取之不尽，用之不竭，光伏发电资源普遍，系统结构简单，体积小且轻，运行维护简单，清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长，经济性有比较优势。无论从能源安全的长远战略角度出发，还是从调整和优化能源结构需求考虑，大力发展光伏发电都是保障我国能源安全的重要战略措施之一。
[0005]由于通信机柜中有众多的发热设备持续运行，为控制机柜温度需配置空调系统以保证机柜的恒温恒湿。现有的通信机柜空气调节机时常采用以下两种方式，即蒸汽式压缩制冷系统和半导体制冷系统。蒸汽式压缩制冷系统，由于机柜发热量大，一年四季都需要制冷运行，运行成本高，能耗大。而且蒸汽压缩制冷系统在室外日照强度大，机柜内冷负荷大时能耗更大，在浪费能源的同时又降低了机组的寿命和可靠性。半导体制冷系统只由冷端、热端、电源、电路等组成，结构简单，无机械运动部件，无磨损，寿命长；系统无需制冷剂，免除因制冷剂泄露对环境造成的污染；体积小、重量轻，可根据实际情况随意布置；冷却速度可通过调节直流电压控制，灵活方便，在微制冷领域的电子元件降温中应用广泛。然而，现在常用的半导体制冷系统在全年无休的运行，能效比低，成为制约该系统发展的主要因素。
[0006]因此，有必要设计一种能耗低，能效比高的自主式半导体制冷机柜及其控制方法。
【发明内容】
[0007]本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种自主式半导体制冷机柜及其控制方法，能耗低，能效比高。
[0008]本发明的技术方案为:
[0009]一种自主式半导体制冷机柜，包括机柜本体1、蓄能系统3、半导体制冷系统2和控制系统；
[0010]所述蓄能系统包括太阳能光伏组件4和蓄电池5，太阳能光伏组件4通过充电电路与蓄电池5相连；太阳能光伏组件4用于将太阳能转换为电能；
[0011]所述太阳能光伏组件4安装于机柜本体I外；蓄电池5安装于机柜本体I内；所述半导体制冷系统2安装于机柜本体I一侧；
[0012]所述的半导体制冷系统包括冷端基板10、冷端导流条9、P型半导体元件、N型半导体元件8、热端导流条7和热端基板6 ;所述冷端导流条9贴附在冷端基板10上，所述热端导流条7贴附在热端基板6上，所述P型半导体元件和N型半导体元件8位于冷端导流条9和热端导流条7之间形成导电回路；所述半导体制冷系统由市电或蓄电池供电；
[0013]所述的控制系统包括感光元件、温度传感器和控制器；感光元件和温度传感器的信号输入端均与控制器的信号输入端相连；感光元件用于检测室外太阳能辐射强度；温度传感器用于监测机柜本体内的温度；控制器用于控制蓄电池充电电路的通断和半导体制冷系统的供电电路的通断。
[0014]当感光元件检测到室外太阳能辐射强度大于O时(即室外有可利用的太阳能时)，控制器控制蓄电池充电电路导通，将太阳能光伏组件4转化的太阳能存储在蓄电池5内；当温度传感器监测到机柜本体内的温度高于预设值(40°C )时，控制器控制半导体制冷系统的供电电路导通，由市电或蓄电池驱动半导体制冷系统运行，降低机柜本体内的温度。
[0015]所述热端导流条7包括第一热端导流条和第二热端导流条；P型半导体元件接于第一热端导流条和冷端导流条9之间；N型半导体元件接于第二热端导流条和冷端导流条9之间；第一热端导流条接蓄电池负极，第二热端导流条接蓄电池正极。
[0016]所述的机柜本体I内安装有循环风机11，用于促进机柜本体内的热量与半导体制冷系统2的换热。
[0017]所述的机柜本体I包括外部门板和内部支架；外部门板和内部支架为组合式安装，可现场拆装门板和内部结构，运输方便。
[0018]所述的蓄能系统中的太阳能光伏组件4直接镶在机柜本体I的南向外部门板上，不占用机柜本体内的安装空间。
[0019]感光元件实时检测太阳能辐射强度；温度传感器实时检测机柜本体I内的温度；
[0020]控制器根据感光元件和温度传感器的测量值，控制蓄电池充电电路的通断和半导体制冷系统的供电电路的通断，使自主式半导体制冷机柜同时或单独运行以下三种工况:
[0021]蓄能工况:当感光元件检测到室外太阳能辐射强度大于O时(即室外有可利用的太阳能时)，控制器控制蓄电池充电电路导通，将太阳能光伏组件4收集到的太阳能转换为电能存储在蓄电池5内；
[0022]市电制冷工况:当温度传感器监测到机柜本体I内的温度高于预设值时，控制器控制市电为半导体制冷系统供电，驱动半导体制冷系统运行；在热端，电流由P型半导体元件流向N型半导体元件，温度升高，并且向机柜本体I外释放热量；在冷端，电流由N型半导体元件流向P型半导体元件，温度降低，并且从机柜本体I内吸收热量，降低机柜本体I内的温度；
[0023]蓄电池制冷工况:当温度传感器监测到机柜本体I内的温度高于预设值时，控制器控制蓄电池为半导体制冷系统供电，驱动半导体制冷系统运行；在热端，电流由P型半导体元件流向N型半导体元件，温度升高，并且向机柜本体I外释放热量；在冷端，电流由N型半导体元件流向P型半导体元件，温度降低，并且从机柜本体I内吸收热量，降低机柜本体I内的温度；
[0024]机柜本体I内安装有循环风机11，用于加强机柜本体I内的热量与半导体制冷系统2的换热。
[0025]一种自主式半导体制冷机柜的控制方法，采用上述的自主式半导体制冷机柜；
[0026]感光元件检测实时检测太阳能辐射强度；温度传感器实时检测机柜本体I内的温度；
[0027]控制器根据感光元件和温度传感器的测量值，控制蓄电池充电电路的通断和半导体制冷系统的供电电路的通断，使自主式半导体制冷机柜同时或单独运行以下三种工况:
[0028]蓄能工况:当感光元件检测到室外太阳能辐射强度大于O时(即室外有可利用的太阳能时)，控制器控制蓄电池充电电路导通，将太阳能光伏组件4收集到的太阳能转换为电能存储在蓄电池5内；
[0029]市电制冷工况:当温度传感器监测到机柜本体I内的温度高于预设值时，控制器控制市电为半导体制冷系统供电，驱动半导体制冷系统运行；在热端，电流由P型半导体元件流向N型半导体元件，温度升高，并且向室外释放热量；在冷端，电流由N型半导体元件流向