基于太陽能供電的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)一種以太陽能光伏電池提供驅(qū)動(dòng)能源、以半導(dǎo)體制冷片作為制冷源的制冷系統(tǒng)。系統(tǒng)在ATMEGA16單片機(jī)控制下，能將太陽能光伏電池轉(zhuǎn)換的直流電進(jìn)行有效存儲(chǔ)并給半導(dǎo)體制冷片供電；設(shè)計(jì)硬件電路以及軟件來實(shí)現(xiàn)溫度的控制，以滿足制冷的需求。該設(shè)計(jì)提供了一種新型、節(jié)能、環(huán)保的制冷方式。
關(guān)鍵詞：太陽能；半導(dǎo)體制冷；ATMEGA16；溫度控制

目前，絕大部分的制冷設(shè)備都是以電能驅(qū)動(dòng)的。傳統(tǒng)的制冷設(shè)備不僅消耗大量的電能，同時(shí)也因?yàn)槭褂梅锇旱戎评涔べ|(zhì)而對(duì)環(huán)境造成污染，因此制冷中的節(jié)能和環(huán)保問題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，并尋求以清潔能源供電且不使用氟里昂等傳統(tǒng)制冷工質(zhì)的制冷方式。文中研究的制冷系統(tǒng)以太陽能光伏電池提供驅(qū)動(dòng)能源、以半導(dǎo)體制冷片為冷源，是一種節(jié)能環(huán)保的新型制冷方式。
半導(dǎo)體制冷片也叫電子制冷片，依據(jù)珀?duì)柼?yīng)原理來進(jìn)行制冷。半導(dǎo)體制冷片不需要制冷劑，沒有污染源，工作時(shí)沒有震動(dòng)、噪音、壽命長；作為一種電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制。半導(dǎo)體制冷已經(jīng)在航空航天、醫(yī)療技術(shù)、生物工程等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

1 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 制冷功率計(jì)算
系統(tǒng)各部分的參數(shù)匹配取決于系統(tǒng)所需要的制冷量，因此制冷量的計(jì)算是設(shè)計(jì)的前提。在本文中，制冷環(huán)境為一密閉圓筒糧倉。由于糧倉頂層在外界氣溫較高時(shí)易積熱，為維持糧食在低溫或準(zhǔn)低溫環(huán)境下儲(chǔ)藏的目的，需要對(duì)糧倉內(nèi)糧堆線以上的空氣層進(jìn)行制冷。根據(jù)傳熱學(xué)基本原理，可計(jì)算出糧倉的冷負(fù)荷。
糧倉內(nèi)空氣的制冷量需求：
Q1=ρVC(T0-T1) (1)
頂部空氣層與糧倉側(cè)面、倉頂以及糧倉內(nèi)的糧食存在熱量的傳遞，在τ時(shí)刻后，向外擴(kuò)散的冷量：
Q2=KS(T2-T3) (2)
糧倉的總制冷負(fù)荷：
Q=Q1+Q2 (3)
式中，ρ為糧倉內(nèi)空氣的密度；V為空氣體積；C為空氣的比熱；T0為糧倉內(nèi)空氣的初始溫度；T1為制冷目標(biāo)溫度；K為等效傳熱系數(shù)，單位為W／K；S為有效傳熱面積；T2和T3分別為糧倉內(nèi)外隨時(shí)間變化的溫度，單位為K。
根據(jù)半導(dǎo)體制冷片的熱電制冷原理，可以根據(jù)測得的溫度、電壓和電流計(jì)算半導(dǎo)體制冷原件的特性參數(shù)：