基于半導體制冷技術(shù)的太陽(yáng)能LED照明系統散熱方案設計

2.3半導體制冷系統的設計模型

由文章前面部分的分析可知：利用直流電通過(guò)PN結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)現制冷和制熱的轉換。用半導體制冷不用考慮因制冷劑泄漏而導致的環(huán)境污染問(wèn)題，并且整個(gè)系統無(wú)焊接管路。圖3為半導體制冷系統的模型結構圖。它是由許多N型和P型半導體顆?；ハ嗯帕卸?，而N-P之間以一般的導體相連接而形成一完整線(xiàn)路,通常是銅、鋁或其他金屬導體,最后用兩片陶瓷片夾起來(lái)。接通直流電源后,電子由負極(-)出發(fā),首先經(jīng)過(guò)P型半導體,在此吸收熱量,到了N型半導體,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 半導體制冷系統的模型結構圖

3.半導體制冷系統的特性分析

3.1半導體制冷系統的優(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，對環(huán)境無(wú)污染。

(3)無(wú)運動(dòng)部件，因而工作時(shí)無(wú)噪聲，無(wú)磨損，壽命長(cháng)，可靠性高。

(4)半導體制冷系統參數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)域中有廣泛的應用。

(5 )作用速度快，工作可靠，使用壽命長(cháng)，易控制，調節方便，可通過(guò)調節工作電流大小來(lái)調節制冷能力。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)可將其應用于解決太陽(yáng)能LED照明系統的散熱問(wèn)題。

3.2半導體制冷系統的工作特性

半導體制冷系統由熱電堆、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電偶組成，且對電流而言，各電偶對是串聯(lián)的；而對熱流，各電偶對是并聯(lián)的。因此，分析熱電堆的性能時(shí)，只需分析電偶對的制冷性能即可。一對電偶的制冷量、電壓、輸出功率和制冷系數分別為[2]:

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