基于半导体制冷技术的太阳能LED照明系统散热方案设计

2.3半导体制冷系统的设计模型

由文章前面部分的分析可知：利用直流电通过PN结就可以使热量由高温物体传向低温物体，改变电流的流向就可以很方便的实现制冷和制热的转换。用半导体制冷不用考虑因制冷剂泄漏而导致的环境污染问题，并且整个系统无焊接管路。图3为半导体制冷系统的模型结构图。它是由许多N型和P型半导体颗粒互相排列而成，而N-P之间以一般的导体相连接而形成一完整线路,通常是铜、铝或其他金属导体,最后用两片陶瓷片夹起来。接通直流电源后,电子由负极(-)出发,首先经过P型半导体,在此吸收热量,到了N型半导体,又将热量放出,每经过一个N-P模组,就有热量由一边被送到另外一边，造成温差，从而形成冷热端。

图3 半导体制冷系统的模型结构图

3.半导体制冷系统的特性分析

3.1半导体制冷系统的优点：

(1)尺寸小，重量轻，适合小容量、小尺寸的特殊的制冷环境。

(2)不使用制冷剂，故无泄漏，对环境无污染。

(3)无运动部件，因而工作时无噪声，无磨损，寿命长，可靠性高。

(4)半导体制冷系统参数不受空间方向的影响，即不受重力场影响，在航天航空领域中有广泛的应用。

(5 )作用速度快，工作可靠，使用寿命长，易控制，调节方便，可通过调节工作电流大小来调节制冷能力。也可通过切换电流的方向来改变其制冷或供暖的工作状态。

基于以上特点可将其应用于解决太阳能LED照明系统的散热问题。

3.2半导体制冷系统的工作特性

半导体制冷系统由热电堆、冷端换热器、热端换热器及控制器组成，其中热电堆是制冷器件。由于热电堆是由多对电偶组成，且对电流而言，各电偶对是串联的；而对热流，各电偶对是并联的。因此，分析热电堆的性能时，只需分析电偶对的制冷性能即可。一对电偶的制冷量、电压、输出功率和制冷系数分别为[2]:

其中Q为电偶对的制冷量（W）；I为工作电流（A）；K为电偶对的导热率（W/K）； T为冷热端温差（K）；R为电偶对的电阻（Ω）；A为电偶对的温差电势率（V/K）；Tc为电偶对冷端温度(K)。