太阳能半导体制冷性能改进的技术策略

　　0 前言

　　目前，大部分的制冷设备均是以电能驱动的。随着制冷技术的迅速发展，传统的制冷设备不仅消耗了大量的电能，同时也带来了制冷工质氟里昂对环境的污染和破坏(温室效应和破坏臭氧层)，因此制冷中的环保和节能问题成为人们关注的焦点。以太阳能作为主要驱动能源的太阳能制冷成为当前制冷研究领域的热点之一。

　　太阳能驱动制冷方式主要有光热转换、光化转换和光电转换三种。光热转换主要有吸收式制冷、吸附式制冷、除湿蒸发冷却式制冷、喷射式制冷;光化转换主要有化学热泵、氢化物制冷;光电转换主要有电能驱动传统制冷方式和热电制冷。其中太阳能热电制冷又称为太阳能半导体制冷[1]。太阳能半导体制冷是由太阳光转换为直流电驱动半导体制冷系统，无需电流逆变装置，无能量多次变换引起的损失，可以微型化，同时因其无制冷剂和机械转动部件，而具有无毒害、无污染和运行无噪音、无振动、无磨损等优点，逐渐引起人们的关注。许多专家学者[2 -7]对半导体制冷已经做了很多研究，本文对影响太阳能半导体制冷性能的因素进行了综合分析，主要有太阳辐射强度和电池板的光电转换效率、材料的优值系数、电臂的优化结构设计、热端强化散热以及半导体最优工况。

　　1 太阳能半导体制冷

　　1. 1 太阳能半导体制冷原理

　　半导体制冷主要是珀尔帖效应在制冷技术方面的应用。图 1 为太阳能热电制冷原理示意图，图中电偶对由一块 N 型半导体材料和一块 P 型半导体材料连成，当通以直流电时，会发生能量的转移。把若干对热电偶连接起来就构成了热电堆，将由太阳能光电转换装置所提供的直流电供给热电堆，利用半导体的热电制冷效应，借助各种传热器件，使热电堆的热端不断散热，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热，实现降温制冷，这就是太阳能半导体制冷的工作原理[8]。

　　1. 2 太阳能半导体制冷系统的结构

　　如图 2 所示，太阳能半导体制冷系统由太阳能电池、数控匹配器、蓄电池及半导体制冷装置等构成。正常日照下太阳能电池接受太阳光照射，通过光电转换效应将太阳光转变为电能，输出直流电，一部分可以直接供给半导体制冷装置进行制冷，另一部分进入蓄电池储存，以备非正常日照下及夜晚时使用。数控匹配器在整个电路中起到保护太阳能电池和蓄电池的作用，使太阳能电池功率输出始终处于最佳状态。

　　2 太阳能半导体制冷性能影响因素

　　尽管太阳能半导体制冷有很多优点，但仍然存在着制冷性能低的不足。制冷性能的优劣直接影响