2.3半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的設(shè)計模型

由文章前面部分的分析可知：利用直流電通過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)境污染問題，并且整個系統(tǒng)無焊接管路。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。接通直流電源后,電子由負(fù)極(-)出發(fā),首先經(jīng)過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)過一個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：

(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，故無泄漏，對環(huán)境無污染。

(3)無運(yùn)動部件，因而工作時無噪聲，無磨損，壽命長，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，易控制，調(diào)節(jié)方便，可通過調(diào)節(jié)工作電流大小來調(diào)節(jié)制冷能力。也可通過切換電流的方向來改變其制冷或供暖的工作狀態(tài)。

基于以上特點可將其應(yīng)用于解決太陽能LED照明系統(tǒng)的散熱問題。

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，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(shù)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(dǎo)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)。