51单片机半导体制冷箱的设计+源程序(2)
4.4 控制系统 24
4.4.1 温度传感器DS18B20 25
4.4.2 继电器 27
4.4.3 1602字符型液晶显示器 28
4.4.4 单片机 29
4.4.5 程序编写调试 30
4.5 太阳能半导体制冷性能测试 31
4.6 本章小结 33
5 结论及展望 34
5.1 总结 34
5.2 太阳能半导体制冷技术的现状和应用前景 35
致谢 37
参考文献 38
附录 39
1 绪论
1.1 课题研究背景
环境问题的日益严峻，不可再生能源的短缺，是目前世界焦点问题之首。传统制冷方式造成大气臭氧层破坏和温室效应，早在20世纪80年代就引起了科学家的注意，且随着不可再生能源如煤、石油、天然气衰竭，能源问题日趋严峻，引起了制冷学界的广泛关注，学者们纷纷投入研发各种环保、节能的制冷系统当中。目前人们已把能源需求的目光投向风能、生物质能、太阳能等可再生能源，也是当前新能源的资源发展的普遍趋势。然而太阳能作为一种可再生清洁能源，与常规能源、其他可再生能源比较，有着独特的特点。可概括为：普遍、无害、长久、巨大。我国太阳能辐射总量在3.3×103~8.4×106KJ/m2•年之间，属太阳能资源丰富的国家之一[1]。由此可见，太阳能将成为未来我国乃至全世界主要的能源之一。
目前利用太阳能作为辅助能源或驱动能源的制冷方式有许多成熟的技术，如太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷、太阳能喷射式等。但无论是太阳能吸收式，或蒸汽喷射式等等，都需要用到氟、滨化铿等制冷剂。与此较之，半导体制冷的优势就比较明显，如无制冷剂，节能环保；无机械运动部件，噪音低、运行可靠；寿命长等。随着半导体制冷技术的发展，此技术可在医疗技术、科学实验、宇航、海洋和国防工程等领域得到广泛的应用。
太阳能和半导体制冷技术各有优点，而将二者结合起来的太阳能半导体制冷系统的实际应用目前还不多见，从太阳能半导体制冷相关的研究文献可知，太阳能半导体冷藏箱性能的理论分析及实验研究方面的研究相对比较欠缺。基于上述背景选定本课题。
1.2 半导体制冷技术的历史及其发展
18世纪初，科学家 Seeback 首先发现，当由两种不同的金属导线组成封闭线路，通上直流电源以后，一端的热量被移到另一端(参见图1.1)，这就是我们所熟知的帕尔帖效应。不过当时他并没有理解其真正的原理，对帕尔贴效应做了错误的判断。到了18世纪中叶，一位法国物理学家 Peltier，才真正揭示了产生帕尔贴效应的原因。
图1.1 帕尔贴效应
半导体制冷是一项古老的技术，在20世纪50年代就掀起过一股半导体制冷风。半导体制冷非常方便，只要一通电就能产生冷量，帕尔贴制冷的这种特点使得许多电器厂家纷纷将其应用到各种小型家电上去，但是由于当时制取半导体材料比较复杂，制取的元件性能也未如人意而没被推广。
半导体制冷技术关键是：
（1） 它本身的材料，也就是半导体材料的优值系数；
（2） 制造半导体材料的工艺；
（3） 半导体制冷热端的散热。
能适合半导体制冷的半导体材料不仅要混合的加入少量杂志改变它的温差电动势率、导热率和导电率，而且还应该具有半导体本身特性，如何做到这点即要保持原来半导体的传统半导体特性又要使它具有好的温差电动势率、导热率和导电率是目前世界上半导体材料研究的主要内容。一般半导体材料的生产主要有区熔法和粉末冶金法，材料的生产成本较高，工艺也复杂，而且制成的材料存在各方面的不足，比如脆性大和性能存在异向不足等。目前常用半导体制冷材料是采用垂直区熔法提取以蹄化泌为基体的三元固溶体合金，其中N型是Bi2Te3-Bi2Se3，P型是Bi2Te3-Sb2Te3。这样生产出来的半导体热电元件的优值系数很低只有3×10-3K-1，致使半导体制冷效率很低，一般正常运行情况下只有0.06，而只有当半导体热电元件的优值系数达到13×10-3K-1时，半导体制冷的效率才能达到压缩式制冷效率。