光伏空调、冷却组件及其控制方法与流程

本发明涉及冷却技术领域，具体是涉及一种光伏空调、冷却组件及其控制方法。

背景技术：

现有空调一般采用冷媒对各发热器件进行冷却，冷媒冷却具有冷却效果好、能耗低等优点。

然而，光伏空调中，可能出现热泵机组关闭、而光伏发电模块开启的状态，在这一状态下，变频器等发热器件不能通过冷媒冷却。

并且，当光伏空调在高温环境下开机时，热泵机组与光伏发电模块均未正常运行前，变频器就可能在环境温度的影响下具有较高温度，此时变频器的温升余量较小，如果等待热泵机组正常运行后再采用冷媒对变频器冷却，可能出现变频器因冷却不及时而出现过热现象，导致变频器性能下降。

半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷方式，因此又称为热电制冷或温差电制冷。热电制冷件的基本元件是热电偶对，即把一个p型半导体元件和一个n型半导体元件连成的热电偶，热电制冷具有结构简单、控制方便等优点。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种能耗较低、结构简单、对发热器件冷却效果良好且便于对发热器件持续冷却的冷却组件。

为了实现上述目的，本发明提供的冷却组件包括冷媒冷却件和热电冷却件，冷媒冷却件具有冷媒入口和冷媒出口，热电冷却件包括器件冷却件，器件冷却件具有第一冷端和第一热端，第一冷端与冷媒冷却件换热。

由上可见，本实施例的冷却组件适用于既有热泵机组又有直流电源的场合，本发明通过对冷却组件的结构设计，这样不论热泵机组是否正常运行，冷却组件均能对发热器件进行冷却，有利于保持发热器件持续冷却良好；并且，热电冷却件的结构简单，控制简便，冷却效果好，热电冷却件占用空间少，有利于冷却组件的结构紧凑；此外，由于第一冷端与冷媒冷却件换热，器件冷却件通过对冷媒冷却件冷却继而间接实现对发热器件的冷却，这样有利于采用冷媒冷却件将发热器件的核心冷却区域全覆盖，保证在仅有冷媒冷却件运行时能够将发热器件冷却良好，以及在仅有器件冷却件运行时能将发热器件冷却良好。

一个优选的方案是，还包括隔板，隔板的一侧空间为冷却区，隔板的另一侧空间为散热区，器件冷却件与隔板固定连接，冷媒冷却件及第一冷端均位于冷却区，第一热端位于散热区。

由上可见，隔板的设置有利于减少冷却区与散热区的热交换，有利于避免热电冷却件的热端与冷却区换热器。

进一步的方案是，冷却区为封闭空间。

由上可见，这样冷却区的温度变化不容易受外部气流影响，有利于对冷却区的环境温度以及对冷却区内的发热器件温度进行准确控制，有利于保持温度控制的稳定性。

进一步的方案是，散热区设有第一风扇，第一风扇吹动散热区的空气流动。

由上可见，第一风扇的设置有利于第一热端加速散热，有利于提升热电冷却件的冷却效果。

进一步的方案是，热电冷却件还包括环境冷却件，环境冷却件与隔板固定连接，环境冷却件具有第二冷端和第二热端，第二冷端悬空于冷却区，第二热端位于散热区。

由上可见，这样有利于保证发热器件的环境温度保持在设定的温度区间，继而便于加快发热器件与环境空气的换热速率，进一步保证对发热器件冷却良好。

更进一步的方案是，冷却区设有第二风扇，第二风扇吹动冷却区的空气流动。

由上可见，第二风扇的设置有利于第二冷端与冷却区环境空气加速散热，有利于降低发热器件的环境温度，有利于对发热器件形成沉浸式冷却效果。

更进一步的方案是，器件冷却件与环境冷却件独立控制。

另一个优选的方案是，器件冷却件具有至少两组，每组具有至少一个器件冷却件，各组器件冷却件独立控制。

由上可见，这样便于通过控制器件冷却件的开启组数来调节器件冷却件对发热器件的冷却量，有利于控制简便。

再一个优选的方案是，第一冷端贴于冷媒冷却件的表面。

本发明的目的之二是提供一种冷却耗能较少、结构紧凑、有利于保持运行状态持续良好的光伏空调。

为了实现上述目的，本发明提供的光伏空调包括光伏发电模块、热泵机组、发热器件和前述的冷却组件，冷媒冷却件置于发热器件处，冷媒冷却件由热泵机组供给冷媒，第一冷端位于冷媒冷却件的背向发热器件的一侧。

进一步的方案是，发热器件包括变频器，变频器具有整流模块、逆变模块和直流母线，直流母线连接于整流模块与逆变模块之间，光伏发电模块与直流母线电连接，热电冷却件与直流母线电连接。

由上可见，这样只要开启光伏空调，热电冷却件就能得到供电，不论热泵机组与光伏发电模块处于何种状态，均能保障热电冷却件的用电需求，均能保证变频器均得到良好冷却，尤其是当光伏空调在高温环境下开启时，光伏空调刚开启且热泵机组与光伏发电模块均尚未开始正常运转的情况下，仍然能够通过热电冷却件对变频器进行冷却，有利于扩大变频器允许的温升余量，避免变频器在正常运转后温升过快，有利于保障变频器持续正常运转。

本发明的目的之三是提供一种冷却耗能较少、结构紧凑、有利于保持运行状态持续良好的光伏空调。

为了实现上述目的，本发明提供的光伏空调包括光伏发电模块、发热器件、冷媒冷却件和热电冷却件，热电冷却件包括第三件，第三件具有第三热端和第三冷端，第三冷端与热电冷却件均置于发热器件处，第三冷端与热电冷却件作用于发热器件的不同位置。

本发明的目的之三是提供一种能耗较低、结构简单、对发热器件冷却效果良好且便于对发热器件持续冷却的冷却组件的控制方法，冷媒冷却件由热泵机组供给冷媒，在确定发热器件需要冷却，且确定热泵机组处于关停状态时，器件冷却件开启。

一个优选的方案是，在确定热泵机组处于开启状态，且发热器件的温度高于预设的第一温度时，器件冷却件开启。

另一个优选的方案是，根据热泵机组的运行状态确定散热状态，或根据热泵机组的运行状态以及发热器件的运行状态确定散热状态，在同一散热状态的情况下：器件冷却件的电流大小与发热器件的温度大小正相关；或器件冷却件具有至少两个，器件冷却件的开启数量与发热器件的温度正相关。

由上可见，热泵机组具有开启和关闭两个状态，在热泵机组处于其中一个状态的期间内时，满足上述的限定；这样有利于器件冷却件的冷却量与发热器件的冷却需求相匹配，需要说明的是，这里所说的正相关是就整体趋势而言的，只要满足器件冷却件的电流大小与发热器件的温度大小整体趋势正相关，同样在权利要求的保护范围之内，例如(1)器件冷却件的调节可以是无极调节：器件冷却件的电流大小跟随发热器件的温度大小实时调节；(2)器件冷却件的调节也可以是有级调节：器件冷却件的具有多个电流档位，根据发热器件的温度大小调节器件冷却件的电流档位，器件冷却件的不同电流档位对应发热器件的不同温度范围，电流较大的档位对应的发热器件温度范围的值也较高，此时仍应将器件冷却件的电流大小与发热器件的温度大小整体趋势视为正相关，当然这样在发热器件的温度变化较小时，器件冷却件的电流可能保持在同一档位不变。

附图说明

图1是本发明光伏空调实施例部分结构的剖视示意图；

图2是本发明控制方法实施例中器件冷却件的控制流程图。

具体实施方式

冷却组件实施例：

本实施例的冷却组件适用于既有热泵机组又有直流电源(例如下述的直流母线)的场合，例如本实施例的冷却组件应用于下述的光伏空调中。

请参照图1，本实施例的冷却组件包括冷媒冷却件2、热电冷却件、第一风扇5、第二风扇6和隔板7，冷媒冷却件2为板件，冷媒冷却件2具有冷媒入口和冷媒出口(图中未示出)，热泵机组通过冷媒入口和冷媒出口向冷媒冷却件2通入冷媒，冷媒冷却件2贴于发热器件(例如下述的变频器1)的表面。

隔板7的一侧空间为冷却区81，隔板7的另一侧空间为散热区82，发热器件置于冷却区81中，热电冷却件与隔板7固定连接，具体地，隔板7具有开孔，开孔连通冷却区81和散热区82，开孔边缘具有折边，折边与热电冷却件固定连接，折边的设置有利于增加热电冷却件与隔板7的接触面积，有利于提升隔板7与热电冷却件的连接强度和稳定性。

热电冷却件与直流电源电连接，通过直流电源为热电冷却件供电，热电冷却件包括器件冷却件3和环境冷却件4两种，器件冷却件3包括第一热端32和第一冷端31，第一冷端31位于冷却区81且第一冷端31贴于冷媒冷却件2的背向发热器件的一侧，第一热端32位于散热区82。

环境冷却件4包括第二热端42和第二冷端41，第二冷端41悬伸于冷却区81，第二热端42位于散热区82。

第一风扇5设于散热区82，第一风扇5吹动第一热端32和第二热端42周围的空气流动，例如，第一风扇5的吹风方向朝向第一热端32和第二热端42，这样有利于加速第一热端32与空气的热交换，有利于加快第一热端32与环境空气的换热速率，有利于第一热端32加速散热，同理，这样有利于第二热端42加速散热。

第二风扇6设于冷却区81，第二风扇6吹动第二冷端41周围的空气流动，例如第二风扇6的吹风方向背向第二冷端41，这样有利于加快第二冷端41与冷却区81环境空气的换热速率，有利于对冷却区81内的空气冷却，继而有利于对发热器件形成沉浸式冷却效果。

在热泵机组运行时，热泵机组向冷媒冷却件2供给冷媒，冷媒冷却件2能够对发热器件进行冷却，有利于降低冷却发热器件的能耗，在热泵机组不运行时，能够采用直流电源为器件冷却件3供电，由器件冷却件3对发热器件进行冷却，这样发热器件的冷却不受热泵机组的运行状态影响，有利于持续保持对发热器件的冷却效果良好，并且热电冷却件3、4的结构简单，控制简便，冷却效果好，热电冷却件3、4占用空间少；此外，由于器件冷却件3贴于冷媒冷却件2表面，器件冷却件3通过对冷媒冷却件2冷却继而间接实现对发热器件的冷却，这样有利于采用冷媒冷却件2将发热器件的核心发热区域全覆盖，保证在仅有冷媒冷却件2运行以及仅有器件冷却件3运行时均能将发热器件冷却良好。

本实施例通过冷媒冷却件2和器件冷却件3对发热器件进行冷却，保证发热器件运行于设定的温度区间内，然而冷媒冷却件2及器件冷却件3对发热器件的覆盖区域毕竟有限，冷媒冷却件2及器件冷区件并不能对发热器件的所有区域均进行冷却，因而本实施例还采用环境冷却件4对发热器件冷却区81的环境空气进行冷却，保证发热器件的环境空间的空气保持在设定的温度区间，继而便于加快发热器件与环境空气的换热速率，进一步保证对发热器件冷却良好。

优选地，器件冷却件3与环境冷却件4并联，这样便于实现器件冷却件3与环境冷却件4的单独控制，有利于热电冷却件3、4的控制灵活。

可选择地，在本发明冷却组件也可以用于车载系统中，冷媒冷却件2由车载热泵机组供给冷媒，热电冷却件3、4由车载发电机或车载电池供电，当车载热泵机组运行时，优先采用冷媒冷却件2对发热器件进行冷却，在车载热泵机组关停时采用热电冷却件3对发热器件进行冷却，以及采用热电冷却件4对发热器件的环境空气进行冷却，同样能实现对发热器件持续良好冷却的目的。

光伏空调实施例：

请参照图1，本实施例的光伏空调包括热泵机组(图中未示出)、光伏发电模块(图中未示出)、前述的冷却组件、变频器1及变频箱8，变频器1在运行时容易产生较多热量，导致变频器1的温度较高，变频器1的温度过高容易影响正常性能，本实施例的变频器1为发热器件，冷媒冷却件2贴于变频器1表面。

可选择地，光伏空调的其它发热器件也可以采用冷却组件进行冷却。

隔板7位于变频箱8内，隔板7在变频箱8的内部空间中分隔出相对独立的冷却区81和散热区82，变频器1置于冷却区81，隔板7与变频箱8之间作密封处理，以尽量减少冷却区81与散热区82的热交换。

具体地，变频箱8具有第一散热窗和第二散热窗(图中未示出)，第一散热窗连通冷却区81与外部环境，第二散热窗连通散热区82与外部环境，散热窗的设置有利于变频箱8内的气流流动，有利于变频器1的散热，优选第一散热窗由滤网覆盖，优选第二散热窗由滤网覆盖，这样有利于避免外部杂物侵入变频箱8内。

可选择地，在本发明的其它实施例中，冷却区81也可以为封闭空间，这样有利于降低变频箱8外环境以及散热区82温度对冷却区81的影响，便于对冷却区81内的变频器1及冷却区81的环境温度进行稳定控制。

变频器1具有整流模块(图中未示出)、逆变模块(图中未示出)和直流母线(图中未示出)，市电接入整流模块，整流模块将市电整流成直流电并通过直流母线传导至逆变模块，直流电经逆变模块转变成交流电后供给热泵机组使用，光伏发电模块发出的直流电并入整流模块与逆变模块之间的直流母线中，热电冷却件3、4由直流母线供电。

光伏空调在开启后主要包括如下的三个状态，第一状态：热泵机组与光伏发电模块均正常运行；第二状态：光伏发电模块正常运行，且热泵机组不运行；第三状态：热泵机组与光伏发电模块均未正常运行，第三状态常见于光伏空调刚开启时的较短时期。

由于本实施例中热电冷却件3、4由直流母线供电，这样只要开启光伏空调，热电冷却件3、4就能得到供电，不论热泵机组与光伏发电模块处于何种状态(上述的三种状态)，均能保障热电冷却件3、4的用电需求，均能保证变频器1均得到良好冷却，尤其是当光伏空调在高温环境下开启时，光伏空调刚开启且热泵机组与光伏发电模块均尚未开始正常运转的情况下(上述的第三状态)，仍然能够通过热电冷却件3、4对变频器1进行冷却，有利于扩大变频器1允许的温升余量，避免变频器1在正常运转后温升过快，有利于保障变频器1持续正常运转。

光伏发电模块与市电可切换地为逆变模块供电，在第一状态下，光伏发电模块发出的电量经逆变模块转变为交流电后供给热泵机组使用；在第二状态下，光伏发电模块发出的电量经逆变模块转变为交流电后向市电供电，实现光伏发电模块与市电并网发电的功能，这样不用为光伏发电模块设置蓄电池，有利于光伏空调结构简洁。

可选择地，在本发明光伏空调的其它实施例中，还可以设置蓄电池，在第二状态下，光伏发电模块发出的电量存入蓄电池中，在光伏发电模块的发电量不足时采用蓄电池向直流母线放电，例如，可以在光伏发电模块至直流母线的线路中串联蓄电池，光伏发电模块发出的电量首先存入蓄电池中，然后由蓄电池向直流母线供电，或者，在光伏发电模块至直流母线的线路上并联蓄电池，光伏发电模块发出的电量首先满足热泵机组运行，在满足了热泵机组运行的情况下，多余电量存于蓄电池中，并在光伏发电模块发电量不足时采用蓄电池做电量补偿。

本实施例中，光伏发电模块发出的电量与市电在直流母线处并线后经逆变模块转变为交流电，然后供给热泵机组使用，当然，在本发明光伏空调的其它实施例中，热泵机组也可以由市电和光伏发电模块分别独立供电，在光伏发电量充足时优先使用光伏发电模块为热泵机组供电，在光伏发电量不足时，切换为市电为热泵机组供电；该方案中，热电冷却件3、4只能由光伏发电模块直接供电，或者由蓄电池直接供电，能保证热电冷却件3、4大部分状态的用电需求，然而该方案由于没有市电转换成直流电，因而在第三状态光伏发电模块未开始正常运行时，热电冷却件3、4只能由蓄电池供电，可能出现蓄电池电量耗尽，热电冷却件3、4供电不足的现象，继而出现变频器1冷却不良的现象，因而优选采用直流母线为热电冷却件3、4供电，这样只要光伏空调开启，即使热泵机组与光伏发电模块均未正常运行，也能由市电保障热电冷却件3、4的用电需求，能够保证变频器1持续冷却良好。

可选择地，在本发明光伏空调的其它实施例中，第一冷端31与冷媒冷却件2也可以分别作用于变频器1的不同位置，例如第一冷端31与冷媒冷却件2分别贴于变频器1的两侧，这样在需要器件冷却件3对变频器1进行冷却时，由第一冷端31直接与变频器1换热，有利于提升器件冷却件3对变频器1冷却的效率，然而，这样也导致第一冷端31与冷媒冷却件2均只能覆盖变频器1的部分核心发热区域(例如igbt模块11)，第一冷端31与冷媒冷却件2均只能对变频器1的部分核心发热区域进行冷却，导致在单独开启热电冷却或单独采用冷媒冷却时，变频器1均不能得到良好冷却；而本实施例的设置有利于扩大冷媒冷却件2与变频器1的接触面积，有利于采用冷媒冷却件2将变频器1的核心发热区域全覆盖，这样即使是冷媒冷却件2或热电冷却件3、4单独对变频器1冷却，也能将变频器1冷却良好，有利于提升冷却组件对变频器1的冷却效果。

控制方法实施例：

本实施例的控制方法应用于前述的冷却组件，热电冷却件3、4的冷却量与电流大小呈正相关的关系，因此本实施例可以通过调节器件冷却件3和环境冷却件4的电流大小来对器件冷却件3和环境冷却件4的冷却量进行控制，这样便于适应变频器1的不同冷却需求；可选择地，在器件冷却件3的数量超过一个时，也可以通过控制器件冷却件3的开启数量来调节器件冷却件3对变频器1的冷却效果；同理，在环境冷却件4的数量超过一个时，也可以通过控制环境冷却件4的开启数量来调节环境冷却件4对变频箱8冷却区81的冷却效果，同样能实现调节冷却量的目的。

在第一状态下，变频器1主要由冷媒冷却件2进行独立冷却，并且由于冷媒冷却的热效率明显高于热电冷却的热效率，因而优选采用冷媒冷却件2进行独立冷却。

在第二状态和第三状态下，热泵机组不运行，变频器1依靠热电冷却件3、4冷却。

当然，在第一状态下，如果变频器1的温度过高(高于预设的第一温度)，也可以同时开启器件冷却件3，由冷媒冷却件2与器件冷却件3共同对变频器1进行冷却。

具体地，关于器件冷却件3的控制方式，可以针对上述的三个不同状态分别进行控制，在确定状态下，根据变频器1的温度控制器件冷却件3的电流大小，继而控制器件冷却件3对变频器1的冷却量，例如在第一状态时，预设三个温度节点t1、t2、t3和电流i，t1＞t2＞t3，在变频器1的温度高于等于t1时，将器件冷却件3的电流调为i；在变频器1的温度高于等于t2且低于t1时，将器件冷却件3的电流调为0.75i；在变频器1的温度高于等于t3且低于t2时，将器件冷却件3的电流调为0.5i；在变频器1的温度低于t3时，关闭器件冷却件3；第一状态下的t3即预设的第一温度，t1、t2、t3及i的数值可以根据变频器1工作的极限温度和当地气候条件进行具体设定，当然，在第一状态下，由于冷媒冷却件2的冷却作用，需要热电冷却的情况相对较少。

在第二状态与第三状态时参照上述第一状态时的逻辑对器件冷却件3进行控制，当然，不同状态对应的t1、t2及t3的具体数值具有差异，且不同状态对应的电流i的大小也具有差异，例如第二状态下对应的预设温度值分别为ta、tb、tc，对应的电流预设电流值为ia，在第三状态下，对应的预设温度值分别为tx、ty、tz，对应的预设电流值为ix，第二状态下的tc和第三状态下的tz即在该状态下需要对变频器1进行冷却的起始温度。

当然，在进行执行具体状态的控制之前，还应当判断所处的散热状态(第一状态、第二状态或第三状态)，器件冷却件的具体控制流程可以参照图2所示的流程图进行。

具体地，图2所示的流程图仅为器件冷却件3的一个控制周期，在对器件冷却件3控制时需要以一定频率重复执行图2所示的控制流程，以实现对器件冷却件3的动态控制。

本实施例在每个散热状态下设置三个不同的预设温度节点，通过三个温度节点划分出四个不同的温度范围，对应四个电流档位，可选择地，在本发明的其它实施例中，温度节点的设置也可以是两个、四个、五个等，对应电流档位的数值也可以具体调整。

选择地，在本发明的其它实施例中，也可以通过调整器件冷却件3的开启数量来实现对器件冷却件3冷却量的控制，例如器件冷却件3的数量为四个，在第一状态时，在变频器1的温度高于等于t1时，控制器件冷却件3的开启数量为四个；在变频器1的温度高于等于t2且低于t1时，控制器件冷却件3的电流为三个；在变频器1的温度高于等于t3且低于t2时，控制器件冷却件3的电流为两个；在变频器1的温度低于t3时，器件冷却件3全部关闭。

当然，在本发明的其它实施例中，还可以根据热泵机组的运行情况来选择控制器件冷却件3是否开启，例如在热泵机组处于正常运行状态时，热电器件冷却件3与环境冷却件4均关闭，或者器件冷却件3关闭而环境冷却件4开启，在光伏空调处于通电状态且热泵机组处于关闭状态时，器件冷却件3与环境冷却件4均开启，在器件冷却件3开启时采用上述的方式进行控制。

关于环境冷却件4的控制方式，预设两个温度节点t4和t5，t4＞t5，在冷却区81设置有温度传感器，温度传感器检测冷却区81的环境温度，当冷却区81的环境温度高于等于t4时，开启环境冷却件4；当冷却区81的环境温度高于等于t5且低于t4时，保持环境冷却件4的开启或关闭状态；当冷却区81的环境温度低于t5时，关闭环境冷却件4；t4与t5的具体数值可以参考变频器1的极限工作温度范围和当地气候条件进行具体设置。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。