太阳能半导体冷箱性能的理论分析及实验研究

【摘要】： 本文以研制可实现制冷、满足食品冷藏功能的太阳能半导体冷箱为目标展开了相关研究工作。 首先,对太阳能半导体冷箱系统的组成及工作原理进行了介绍,然后,利用传热学知识和一些数学手段对半导体制冷系统进行了传热数值分析,建立了热电制冷器的传热微分方程,讨论了冷热端散热强度对热电制冷性能的影响。结果显示：随着散热强度的不断增强,热电制冷的性能逐渐提高,但当热端散热强度增加到一定值后,制冷性能基本保持不变；从模拟分析结果可知,半导体制冷中存在最佳热端散热强度,不可能无限制地通过提高热端散热强度来改变半导体制冷器的制冷性能。 然后以热电制冷基本计算公式和光伏系统设计计算公式为依据设计了一台太阳能半导体冷箱样机,并根据样机功能要求设计了一款太阳能市电互补型控制器及温控器电路板,绘制了温度控制原理图,并编写了控制程序,见附录表。 最后建立了太阳能半导体冷箱系统的实验测试系统,测试了太阳能半导体冷箱系统在不同环境温度下的实际运行性能,结果显示：不同环境温度下太阳能半导体冷箱运行效果；环境温度为30℃时,箱内最低温度可达10℃,环境温度为25℃时箱内最低温度可达6℃,箱内大温差约为19℃。样机制冷系数可达0.28-0.31。并与传热数值模拟结果进行对比,表明理论分析与实验结果的一致性,为后续进一步的研究,提供了相关的理论依据和实验数据。 【关键词】：太阳能 半导体制冷 散热强度 实验研究
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB657
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-21
• 1.1 课题研究的工程背景和意义8-16
• 1.1.1 太阳能资源及其开发利用的必然性8-11
• 1.1.2 太阳能电池的发展及研究现状11-13
• 1.1.3 当前太阳能半导体制冷技术的研究意义13-16
• 1.2 国内外太阳能半导体制冷研究状况和进展16-20
• 1.2.1 太阳能半导体制冷技术及其影响因素16-19
• 1.2.2 太阳能半导体制冷技术的研究现状19-20
• 1.3 本文的主要工作20-21
• 第2章 半导体制冷器的数值分析21-30
• 2.1 建立传热微分方程21-24
• 2.1.1 半导体制冷器的传热模型21-22
• 2.1.2 建立传热过程的微分方程22-24
• 2.2 导热过程的定解条件24-26
• 2.2.1 初始条件24
• 2.2.2 边界条件24-26
• 2.3 热电堆TEC1-12706传热过程的数值分析26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 太阳能半导体冷箱实验样机的研制30-46
• 3.1 太阳能半导体冷箱系统30-32
• 3.1.1 半导体制冷原理30
• 3.1.2 太阳能半导体冷箱系统的基本组成及其工作原理30-32
• 3.2 太阳能半导体冷箱设计32-45
• 3.2.1 冷箱热负荷及半导体制冷器的选择32-37
• 3.2.2 蓄电池容量计算及选配37-38
• 3.2.3 太阳能电池板容量的确定及选配38-40
• 3.2.4 控制器的设计40-43
• 3.2.5 温控器的设计43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第4章 太阳能半导体冷箱性能测试实验46-60
• 4.1 实验系统的设计46-47
• 4.2 太阳能半导体冷箱电源的工作状态47-54
• 4.2.1 太阳能半导体冷箱太阳能电池板工作状态47-49
• 4.2.2 太阳能电池板的输出特性曲线49-52
• 4.2.3 蓄电池工作状态52-54
• 4.3 太阳能半导体冷箱工作状态54-59
• 4.3.1 性能测试54-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 太阳能半导体冷箱系统的(火用)效率分析60-65
• 5.1 太阳能电池板的(火用)效率61-62
• 5.2 蓄电池、控制器、线路中的(火用)效率62
• 5.3 半导体冷箱的(火用)效率62-63
• 5.3.1 冷热端风扇62-63
• 5.3.2 制冷循环63
• 5.4 提高太阳能光伏冰箱系统(火用)效率的方法63-64
• 5.4.1 太阳能电池板的光电转换效率63-64
• 5.4.2 制冷循环中的相对(火用)效率64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 工作总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 攻读学位期间的研究成果71-72
• 附录72-91

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