太阳能半导体制冷因素的研究及其性能优化

以探讨影响太阳能半导体制冷因素为主线,对太阳能半导体制冷性能进行了优化探讨.分析了太阳能半导体的应用前景和工作原理.对影响太阳能半导体制冷性能的因素包括太阳辐射强度、太阳能电池板的光电转换效率、半导体制冷热端散热方式、半导体制冷系统的设计工况、蓄电池的工作状态、半导体制冷电臂的结构以及热电材料的优值系数进行了系统分析.对太阳能半导体制冷系统提出了一些建议和优化措施.     

基于单片机的半导体制冷温度控制仪

根据半导体制冷器（TEC）的物理特性分析了半导体制冷技术的关键,给出了温度控制仪系统的总体设计方案.整个系统采用闭环控制结构,系统的抗干扰能力大大增强.为半导体制冷器量身定做的驱动电路,可以方便的调节通过TEC电流的大小和方向,使TEC加热制冷灵活迅速的特点得到充分发挥.比例积分（PI）的控制方法使得温度控制快速稳定.温控仪与上位机通过USB口进行通讯,实现了上位机对温控仪的远程控制.     

风冷半导体空调的散热问题

设计由两组半导体模块组成的半导体空调系统,整个系统输入功率为170 W,制冷空间为600 mm×600 mm×600 mm,性能系数COP为0.62.实验结果表明,制冷实验20 min后,制冷空间的温度下降了11℃.同时探讨不同储冷块对实际制冷量的影响,结果表明,半导体热电堆存在合适的储冷块厚度.TEC1-12708型半导体制冷片在12 V、2.8 A工况下运行时,储冷块厚度为10 mm时可以得到较大的实际制冷量.     

横向风冷偏焦相交圆聚光腔YAG激光器的研究

对开腔式强迫风冷结合半导体制冷系统的ＹＡＧ激光器进行了理论分析和实验研究,设计了开腔式偏焦相交圆聚光腔,并利用横向强迫空气流动和半导体制冷两种方式同时进行冷却,获得了一种新型气体冷却结合半导体制冷聚光腔腔型的激光器。     

半导体制冷器件的开发利用

半导体制冷又称“热电制冷”、“温差电制冷”,是一种采用半导体制冷元件,利用热电制冷效应的特殊制冷方式.因为其没有运动部件,也没有磨损、震动和噪声,工作可靠且不受重力影响,向小型化发展不受限制,改变电流方向可以从制冷转换到加热工况,因此,可用于电器和仪表的微型冷却或恒温装置,特别适宜于要求消除振动和噪声的工作环境,不能使用常规制冷系统的高压和水下环境,以及失重或移动的环境.尽管半导体制冷的效率较低,它已在实验技术、医疗技术、宇航、海洋和国防工程等领域得到了广泛的应用,已能达到140K低温和产生35.2KW空调制冷量,并在微型制冷装置中处于不可缺少的地位.最近,由于环境保护问题越来越受到人们的重视,半导体制冷由于不使用制冷剂,将作为取代传统的制冷剂——氟里昂的一种新型材料,其产品在民用领域的应用日显重要性.     

蒸发制冷系统的冷凝和蒸发过程性能分析

双级复叠蒸汽压缩制冷系统在不同条件下工作性能相差较大,为了提高蒸发制冷系统的制冷效率,在对蒸发制冷系统的冷凝和蒸发过程性能进行详细分析的基础上,研究了双级复叠蒸汽压缩制冷系统的热力理论关系式,并结合制冷系统的工作过程,给出了主要参数的计算关系式。然后再对双级复叠蒸汽压缩制冷系统进行了实验测试与分析,得到了主要制冷参数之间的相互关系式。     

半导体制冷元件特性参数测量及选用

提出了一种操作简便、精度好、可靠性高的半导体制冷元件特性参数测试方法，设计了专用实验装置，通过试验对不同型号半导体制冷元件的特性参数进行了对比分析．进一步将这些元件分别用于小型半导体冰箱进行制冷性能测试，并根据实验和理论分析结果提出了进一步提高半导体制冷装置效率的有效途径．     

半导体制冷保温容器制冷性能的实验研究

研制一种主要用于血液保存的半导体制冷保温容器的制冷系统.通过对其不同工作电压、环境温度及外部散热等条件制冷性能的研究,找出了影响半导体制冷性能的主要因素.确定了该制冷保温容器在不同环境温度下的最佳工作电压为12 V、最佳工作电流为4.5~4.8 A.并认定存在最佳热端散热强度等.另外,通过实验得出了在不同环境温度下,工作在最佳工作参数条件时制冷器内部所能达到的最低温度.     

制冷系统的Yong效率分析

在简要地阐述了制冷系统Yong分析的基础上，对单级压缩氨制冷循环和双级压缩氨制冷循环进行了详尽的Yong损失及Yong效率的计算，进而可以得知系统各个环节能源利用的情况，同时简单地介绍了减少Yong损失、提高Yong效率的一般措施。     

小空间半导体制冷的实验研究

在对半导体制冷实验研究的基础上,模拟小空间(1m3)的制冷环境,对影响半导体制冷的因素进行了讨论.实验结果表明,半导体热电堆两端的散热器和散冷器的结构是影响半导体制冷效率的一个很重要的因素,热电堆的工作电压和电流与制冷效率也有着密切的关系.该研究结果对半导体制冷技术在实际空调系统的进一步发展和应用具有一定的指导意义.     

半导体材料优值系数对热电堆发电循环效率的影响

从半导体能量微分方程出发,推导出半导体热电发电循环效率与材料优值系数ZT之间的关系,指出目前半导体热电发电循环效率较低的原因及提高途径,为今后提高半导体热电发电循环的性能奠定了基础。     

Nanostructured thermoelectric materials: Current research and future challenge

The field of thermoelectrics has long been recognized as a potentially transformative power generation technology and the field is now growing steadily due to their ability to convert heat directly into electricity and to develop cost-effective, pollution-free forms of energy conversion. Of various types of thermoelectric materials, nanostructured materials have shown the most promise for commercial use because of their extraordinary thermoelectric performances. This article aims to summarize the present progress of nanostructured thermoelectrics and intends to understand and explain the underpinnings of the innovative breakthroughs in the last decade or so. We believed that recent achievements will augur the possibility for thermoelectric power generation and cooling, and discuss several future directions which could lead to new exciting next generation of nanostructured thermoelectrics.     

Thin-film thermoelectric devices with high room-temperature figures of merit

Thermoelectric materials are of interest for applications as heat pumps and power generators. The performance of thermoelectric devices is quantified by a figure of merit, ZT, where Z is a measure of a material's thermoelectric properties and T is the absolute temperature. A material with a figure of merit of around unity was first reported over four decades ago, but since then-despite investigation of various approaches-there has been only modest progress in finding materials with enhanced ZT values at room temperature. Here we report thin-film thermoelectric materials that demonstrate a significant enhancement in ZT at 300 K, compared to state-of-the-art bulk Bi2Te3 alloys. This amounts to a maximum observed factor of approximately 2.4 for our p-type Bi2Te3/Sb2Te3 superlattice devices. The enhancement is achieved by controlling the transport of phonons and electrons in the superlattices. Preliminary devices exhibit significant cooling (32 K at around room temperature) and the potential to pump a heat flux of up to 700 W cm-2; the localized cooling and heating occurs some 23,000 times faster than in bulk devices. We anticipate that the combination of performance, power density and speed achieved in these materials will lead to diverse technological applications: for example, in thermochemistry-on-a-chip, DNA microarrays, fibre-optic switches and microelectrothermal systems.     

钢板冷却过程分析与控制策略

钢板冷却工艺是影响钢板质量的重要因素。对钢板在某一风冷环境中的冷却过程进行研究,采用ANSYS软件建模,并对钢板的冷却过程进行模拟。分析钢板冷却过程的温度分布规律。远离钢板芯部温降较快,角部温降最剧烈,给出了采用活动挡板遮蔽形式的钢板沿宽度方向的均匀冷却控制策略。     

具有负反馈特征的光伏-温差联合发电模型与效率分析

太阳能电池输出功率随着温度升高而降低,半导体温差发电模块输出功率随着温差的增大而升高.结合两者输出功率随温度变化的关系,利用烟囱效应巧妙设计了一套具有负反馈作用的光伏 温差联合发电系统,并对其进行了效率和环境分析.结果表明:系统处于稳定工况时,温差模块可以提供输出功率4.3 W,光伏电池比自然冷却方式下的输出功率增加6.9%,系统的光电转换效率增加1.42%,效率达到12.06%,在寿命期内比火力发电减排NOx 9.7 kg、CO2 742.9 kg、SO2 9.6 kg;系统可以有效地控制电池板与环境的温差在22 ℃左右,增加电池板的使用寿命,这对可再生能源的应用具有理论指导意义.     

“材料基因组”方法加速热电材料性能优化

通过材料计算、数据库技术的整合与协同,可以快速甄别决定材料性能的基本关键因素,将这种方法用于材料的性能优化和新材料的设计,可以实现科学化"系统寻优"的材料基因组方法,显著加快热电材料的设计与性能优化。以填充方钴矿材料和类金刚石结构化合物为例,从电子和声子优化的不同角度,采用材料基因组方法从成百上千种可能性中快速筛选和制备出高性能热电材料,展示了材料基因组方法可显著加速热电材料研究的能力。     

Fabrication and performance evaluation of the thermoelectric generation and performance measuring system

A novel thennoelectric generating and performance measuring system （TGPMS） was designed and fabricated. TGPMS can not only achieve the function of thennoelectric generation, but also measure the thennoelectric performance parameters of the bismuth-telluride-based thennoelectric device accurately. These thennoelectric performance parameters mainly include the dependence of the Seebeck coefficient of the thennoelectric device on the device＇s temperature in the low temperature range （about 40 ~ 190~C ）, and the dependence of the power output and thermoelectric conversion efficiency on the temperature dif- ference or output load. With the optimum load, the optimal value of the power output is 3.39W when the temperature difference reaches 231.2~C, and the optimal value of the conversion efficiency is 3.22% when the temperature difference reaches 208.9~C. TGPMS provides an experimental foundation for the application of the thennoelectric generators in the space field.     

光伏辐射板型PV/T系统的电热冷性能

提出了一种基于单晶硅太阳能电池的电热冷联产光伏辐射板,将起集散热作用的辐射板与单晶硅光电池组件耦合,通过辐射板管路内流体循环,降低电池工作温度,一方面提高电池发电效率,同时回收利用余热;另一方面,夜间通过辐射制冷方式,获得冷量,从而实现电热冷联产。通过实验测试分析,光伏辐射板同比PV组件发电效率可提高8%～16%,且集热效率达到45%左右,制冷能力为40～80 W/m 2。     

非简谐振动对半导体基外延石墨烯热电效应变化规律的影响

本文建立了半导体基外延石墨烯的物理模型，考虑原子的非简谐振动，研究了它的杂化势以及热电势随化学势和温度的变化规律，探讨了原子非简谐振动对热电效应的影响. 对硅基外延石墨烯热电势的研究结果表明：简谐近似下，杂化势与温度无关；只考虑到第一非简谐项，杂化势随温度升高而增大；同时考虑到第一、第二非简谐项，则杂化势随温度升高而减小. 在给定温度下，外延石墨烯的热电势随化学势的变化在化学势为 处不具左右对称性，且在化学势为 eV附近有突变；给定化学势时，外延石墨烯热电势与单层石墨烯相似，均随温度升高而非线性减小，但外延石墨烯的值大于单层石墨烯的值；与简谐近似相比，非简谐效应会减小外延石墨烯热电势的值但减小量很小. 非简谐效应对热电势的影响随温度的升高而缓慢增大，大小在0.23%~0.25%之间.     

串联式汽车尾气热电发电系统台架试验

利用低温型Bi2Te3基热电器件构建一种4层串联结构的汽车尾气热电发电系统,通过台架试验测试了系统的输出性能并分析其影响因素.结果表明：当热电器件的最高热端温度达到其最大耐热温度时,系统的可回收最大功率约为60 W;采用一体化间接冷却方式难以降低系统的冷端温度,从而导致温差不明显;在相同条件下,中间2层串联热电器件的总体输出性能较好,适当减小集热器的尺寸,可以提高其热容量和表面温度,从而提高系统的输出性能.