討論太陽(yáng)能制冷的可行性

　　太陽(yáng)能驅動(dòng)的半導體制冷系統，結構緊湊，攜帶方便，可以根據用戶(hù)需要做成小型化的專(zhuān)用制冷裝置。它具有使用維護簡(jiǎn)單，安全性能好，可分散供電，儲能比較方便，無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)。另外，利用帕爾貼效應的半導體制冷系統與一般的機械制冷相比，它不需要泵、壓縮機等運動(dòng)部件，因此不存在磨損和噪聲。它不需要制冷劑，因此不會(huì )產(chǎn)生環(huán)境污染，也省去了復雜的傳輸管路。它只需切換電流方向就可以使系統由制冷狀態(tài)變?yōu)橹茻釥顟B(tài)。這些無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，使得人們對太陽(yáng)能半導體制冷技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。

　　目前太陽(yáng)能半導體制冷系統的效率還比較低，系統的一些重要技術(shù)問(wèn)題還有待深入研究。

　　1 太陽(yáng)能半導體制冷的工作原理和基本結構

　　半導體制冷是利用熱電制冷效應的一種制冷 方式，因此又稱(chēng)為熱電制冷或溫差電制冷。半導體制冷器的基本元件是熱電偶對，即把一個(gè)p 型半導體元件和一只 n型半導體元件連成的熱電偶。

　　當直流電源接通，上面接頭的電流方向是n-p，溫度降低，并且吸熱，形成冷端;下面接頭的電流方向是p-n，溫度上升，并且放熱，形成熱端。把若干對熱電偶連接起來(lái)就構成了常用的熱電堆，借助各種傳熱器件，使熱電堆的熱端不斷散熱，并保持一定的溫度，把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱，產(chǎn)生低溫，這就是半導體制冷的工作原理。太陽(yáng)能半導體制冷系統就是利用半導體的熱電制冷效應，由太陽(yáng)能電池直接供給所需的直流電，達到制冷制熱的效果。

　　太陽(yáng)能半導體制冷系統由太陽(yáng)能光電轉換器、數控匹配器、儲能設備和半導體制冷裝置4部分組成。太陽(yáng)能光電轉換器輸出直流電，一部分直接供給半導體制冷裝置，另一部分進(jìn)入儲能設備儲存，以供陰天或晚上使用，以便系統可以全天候正常運行。

　　太陽(yáng)能光電轉換器可以選擇晶體硅太陽(yáng)能電池或納米晶體太陽(yáng)能電池，按照制冷裝置容量選擇太陽(yáng)能電池的型號。晴天時(shí)，太陽(yáng)能光電轉換器把照射在它表面上的太陽(yáng)輻射能轉換成電能，供整個(gè)系統使用。

　　數控匹配器使整個(gè)系統的能量傳輸始終處于最佳匹配狀態(tài)。同時(shí)對儲能設備的過(guò)充、過(guò)放進(jìn)行控制。

　　儲能設備一般使用蓄電池，它把光電轉換器輸出的一部分或全部能量?jì)Υ嫫饋?lái)，以備太陽(yáng)能光電轉換器沒(méi)有輸出的時(shí)候使用，從而使太陽(yáng)能半導體制冷系統達到全天候的運行。

　　2 太陽(yáng)能半導體制冷的關(guān)鍵問(wèn)題

　　太陽(yáng)能制冷系統最大的不足是制冷效率較低，同時(shí)成本也較高。這嚴重影響了太陽(yáng)能制冷系統的推廣和應用。若提高和改善太陽(yáng)能制冷系統的性能，要從下列幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題入手

　?。?）改善半導體制冷材料的性能

　　太陽(yáng)能半導體制冷系統的核心在于半導體制冷材料，半導體制冷系統效率較低的主要原因在于半導體制冷材料熱電轉換效率不高。

　　最終決定熱電材料性能優(yōu)劣的是優(yōu)值系數 Z

　　其中：α—半導體制冷元件的塞貝克系數;

　　R—制冷元件的電阻;

　　Kt—制冷元件的熱導率。

　　優(yōu)值系數Z和溫度T的乘積ZT，是評價(jià)材料 性能的常用參數。就半導體制冷而言，如果其制冷性能要達到能和機械制冷相媲美，無(wú)量綱參數ZT， 要達到3以上。目前各國普遍使用的半導體材料遠達不到這種水平。室溫下最常用的熱電材料（Bi-Sb-Te-Se系列固溶體）的ZT值大約為1。因此，如何改進(jìn)材料的性能，尋找更為理想的材料，成為了太陽(yáng)能半導體制冷的重要問(wèn)題。

　?。?）系統的能量?jì)?yōu)化

　　太陽(yáng)能半導體制冷系統自身存在著(zhù)能量損失，如何減少這些損失，保證系統穩定可靠地運行是十分重要的問(wèn)題。光電轉換效率和制冷效率是衡量能量損失的主要指標。光電效率越高，在相同的功率輸出情況下，所需的太陽(yáng)能電池的面積越小，這有利于太陽(yáng)能半導體制冷系統的小型化。目前普遍使用的太陽(yáng)能電池的光電效率最高為17%。對于任何制冷系統來(lái)說(shuō)，制冷效率COP是最重要的運行參數。目前，半導體制冷裝置的COP一般約0.2～0.3，遠低于壓縮式制冷。經(jīng)過(guò)試驗研究發(fā)現，冷、熱端溫差對于半導體制冷的效率有很大的影響，通過(guò)強化熱端散熱方法能使半導體制冷系統性能得到很大的改善。