基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)散熱方案設(shè)計(jì)

2.3半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型

由文章前面部分的分析可知：利用直流電通過(guò)PN結(jié)就可以使熱量由高溫物體傳向低溫物體，改變電流的流向就可以很方便的實(shí)現(xiàn)制冷和制熱的轉(zhuǎn)換。用半導(dǎo)體制冷不用考慮因制冷劑泄漏而導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題，并且整個(gè)系統(tǒng)無(wú)焊接管路。圖3為半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)圖。它是由許多N型和P型半導(dǎo)體顆粒互相排列而成，而N-P之間以一般的導(dǎo)體相連接而形成一完整線路,通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體,最后用兩片陶瓷片夾起來(lái)。接通直流電源后,電子由負(fù)極(-)出發(fā),首先經(jīng)過(guò)P型半導(dǎo)體,在此吸收熱量,到了N型半導(dǎo)體,又將熱量放出,每經(jīng)過(guò)一個(gè)N-P模組,就有熱量由一邊被送到另外一邊，造成溫差，從而形成冷熱端。

圖3 半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)圖

3.半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的特性分析

3.1半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

(1)尺寸小，重量輕，適合小容量、小尺寸的特殊的制冷環(huán)境。

(2)不使用制冷劑，故無(wú)泄漏，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

(3)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，因而工作時(shí)無(wú)噪聲，無(wú)磨損，壽命長(zhǎng)，可靠性高。

(4)半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)參數(shù)不受空間方向的影響，即不受重力場(chǎng)影響，在航天航空領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。

(5 )作用速度快，工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，易控制，調(diào)節(jié)方便，可通過(guò)調(diào)節(jié)工作電流大小來(lái)調(diào)節(jié)制冷能力。也可通過(guò)切換電流的方向來(lái)改變其制冷或供暖的工作狀態(tài)。

基于以上特點(diǎn)可將其應(yīng)用于解決太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)的散熱問(wèn)題。

3.2半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的工作特性

半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)由熱電堆、冷端換熱器、熱端換熱器及控制器組成，其中熱電堆是制冷器件。由于熱電堆是由多對(duì)電偶組成，且對(duì)電流而言，各電偶對(duì)是串聯(lián)的；而對(duì)熱流，各電偶對(duì)是并聯(lián)的。因此，分析熱電堆的性能時(shí)，只需分析電偶對(duì)的制冷性能即可。一對(duì)電偶的制冷量、電壓、輸出功率和制冷系數(shù)分別為[2]:

其中Q為電偶對(duì)的制冷量（W）；I為工作電流（A）；K為電偶對(duì)的導(dǎo)熱率（W/K）； T為冷熱端溫差（K）；R為電偶對(duì)的電阻（Ω）；A為電偶對(duì)的溫差電勢(shì)率（V/K）；Tc為電偶對(duì)冷端溫度(K)。