太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)綜述

李坤相 王漢青 汪婷婷 董菁菁

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太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)綜述

李坤相1王漢青2汪婷婷1董菁菁1

（1.湖南工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院 株洲 412007；2.南華大學(xué)土木學(xué)院 衡陽(yáng) 421001）

太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)作為一個(gè)全新的可再生的綠色清潔系統(tǒng)，利用太陽(yáng)能光伏板轉(zhuǎn)換電能，為半導(dǎo)體熱電模塊提供直流電源。根據(jù)帕爾貼效應(yīng)，通電的半導(dǎo)體，可以用于室內(nèi)制冷或制熱，改變電流方向，可以切換冷卻和加熱模式，該系統(tǒng)幾乎是零能耗，零污染，發(fā)展?jié)摿薮?。介紹了太陽(yáng)能光伏的轉(zhuǎn)換效率，分析了湯姆遜效應(yīng)，熱電半導(dǎo)體冷熱端溫度，電接觸電阻，熱阻等因素對(duì)半導(dǎo)體熱電空調(diào)的COP的影響。并提出解決的措施：主要是通過(guò)對(duì)熱電模塊的設(shè)計(jì)和優(yōu)化；通過(guò)對(duì)冷卻系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)和優(yōu)化；通過(guò)對(duì)熱電冷卻系統(tǒng)的工作環(huán)境的改善。

太陽(yáng)能光伏；半導(dǎo)體熱電模塊；空調(diào)；性能效率

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我們面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題和資源過(guò)度開(kāi)發(fā)問(wèn)題，特別是大型建筑物的空調(diào)的使用，對(duì)能源消耗巨大。空調(diào)能耗的需求將從2000年的300TWh增加到2050年的4000TWh左右，而預(yù)計(jì)在2100年將增長(zhǎng)約10000TWh[1]。而在建筑能耗中，空調(diào)能耗又占有重要比例，約為2/3，我國(guó)空調(diào)能耗相當(dāng)于總能耗的22%左右。2014年，我國(guó)與美國(guó)就減排達(dá)成了全球氣候變化協(xié)議，在這協(xié)議中，美國(guó)目標(biāo)是到2025年減少四分之一的碳排放量。而中國(guó)設(shè)定2030年以后的碳排放量將會(huì)下降。歐洲將在2050年前削減溫室氣體排放高達(dá)95%，在2020年前減少30%。同時(shí)，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的氟利昂制冷劑是溫室氣體的主要來(lái)源。那么，太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)滿足了綠色清潔環(huán)保等要求，可以取代傳統(tǒng)HAVC系統(tǒng)，將會(huì)成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。太陽(yáng)能通過(guò)光伏板轉(zhuǎn)換為電能，為半導(dǎo)體提供直流電源。根據(jù)帕爾貼效應(yīng)，通電的半導(dǎo)體，可以用于室內(nèi)制冷或制熱，改變電流方向，可以切換冷卻和加熱模式[2-4]。如果按照覆蓋地球表面0.16 %的陸地面積和10%高效的太陽(yáng)能系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率來(lái)估算，那么將提供20TW能量，幾乎是世界能源消耗的兩倍[5]。因此太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展?jié)摿薮?，具有不可估量的?yōu)勢(shì)。那么提高太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)效率，主要從兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行綜述。一是簡(jiǎn)單介紹太陽(yáng)能光伏板的轉(zhuǎn)換效率，另一個(gè)是重點(diǎn)闡述了半導(dǎo)體熱電模塊的工作效率。

1 太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)的研究

圖1 太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)

太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)，如圖1所示，由太陽(yáng)能光伏板，半導(dǎo)體熱電堆組件，熱交換器，儲(chǔ)熱箱等組成[6]。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，用于半導(dǎo)體空調(diào)的制冷制熱，多出部分的電能被存儲(chǔ)在蓄電池中，用于夜晚或陰雨天使用，為了保證太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)能夠持續(xù)正常的使用，可以將電網(wǎng)連接該系統(tǒng)中。與蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)不需要壓縮機(jī)，膨脹閥，蒸發(fā)器，冷凝器或溶液泵等部件[7]。而且它不需要工作流體或使用任何移動(dòng)部件。由于其具有可靠性高，布置靈活，無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)被應(yīng)用于綠色建筑中。He等人[6]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的熱電冷卻和加熱系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)首先在模型室進(jìn)行，他們發(fā)現(xiàn)夏季熱電冷卻系統(tǒng)的平均COP為0.6。然后，對(duì)于一個(gè)普通的房間中，發(fā)現(xiàn)COP在夏季為0.45，在冬季為1.7。Cheng等人[7]開(kāi)發(fā)了一種以太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的熱電冷卻模塊，該裝置能夠產(chǎn)生室內(nèi)外溫差16.3℃，其為0.2～1。太陽(yáng)能熱電空調(diào)與置換通風(fēng)（DV）系統(tǒng)相結(jié)合，用于室內(nèi)空氣品質(zhì)控制[8]。

Shen等人[9]研究了一種新型熱電輻射空調(diào)系統(tǒng)，采用熱電模塊作為輻射板而不是傳統(tǒng)的水循環(huán)面板，通過(guò)改變輸入電流進(jìn)行空間加熱?；趯?duì)商用熱電模塊TEC1-12706的值為0.765的分析，當(dāng)施加1.2A的電流并且將冷端溫度保持在20℃時(shí)，它們獲得了最大冷卻為1.77。Riffat等人[10]比較了熱電和傳統(tǒng)蒸汽壓縮空調(diào)的性能。結(jié)果表明，蒸汽壓縮和熱電空調(diào)的實(shí)際分別在2.6～3.0和0.38～0.45的范圍內(nèi)。Hermes和Barbosa[11]也得出結(jié)論，熱電冷卻器的熱力學(xué)效率只有1%，而斯特靈往復(fù)式蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)為14%。Mei等人[12]首先開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能輔助熱電技術(shù)用于汽車空調(diào)。Mirand等人[13]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體熱電空調(diào)在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用可行性，在制冷模式下約為0.5，溫差約為13℃，側(cè)面和熱電空調(diào)的熱端。加熱模式下的為1.72，因?yàn)閮蛇叺臏夭钍?5℃。除了汽車空調(diào)系統(tǒng)外，研究人員還利用熱電裝置來(lái)控制汽車座椅的溫度。Hyeung-Sik等人[14]開(kāi)發(fā)了一種溫控汽車座椅系統(tǒng)，利用熱電裝置來(lái)冷卻或加熱汽車座椅?？刂品桨覆捎脝纹⑻幚砥鲗?shí)現(xiàn)，器件性能通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。Cheng等人[15]測(cè)試了一個(gè)太陽(yáng)能熱電冷卻系統(tǒng)與廢熱再生裝置的綠色建筑應(yīng)用。Wahab等人[16]設(shè)計(jì)了一種便攜式太陽(yáng)能TE系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能強(qiáng)烈依賴于TE模塊的熱端和冷端溫度。

2 太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)關(guān)鍵技術(shù)的研究

2.1 太陽(yáng)能光伏轉(zhuǎn)換效率的研究

市場(chǎng)光伏（PV）技術(shù)分為基本型（第一代光伏）和薄膜電池（第二代光伏）兩大類。第一代主要屬于晶體硅（c-Si）（單晶和多晶）。2015年，太陽(yáng)能市場(chǎng)的晶體硅約占90%。對(duì)于第二代太陽(yáng)能電池，薄膜非晶硅（a-Si）或非晶硅和微晶硅（a-Si/μc-Si），化合物半導(dǎo)體碲化鎘（CdTe），銅，銦，鎵和硒（CIS或CIGS）和III-V材料[17]。薄膜技術(shù)的光伏市場(chǎng)主要是CdTe和CIGS太陽(yáng)能電池，2015年薄膜太陽(yáng)能電池占所有薄膜技術(shù)方面的份額10%[17]。第三代太陽(yáng)能電池（新興技術(shù)），仍然是廣泛研究的主題，但迄今尚未在光伏市場(chǎng)上使用。

目前，由法國(guó)Soitec公司CEA-LETI和德國(guó)弗勞恩霍夫ISE共同合作，使太陽(yáng)能電池效率達(dá)到46%的世界記錄，實(shí)現(xiàn)多結(jié)聚光太陽(yáng)能電池[18]。最新研究表明，通過(guò)吸收損失的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光譜分量，將太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率提高到50%以上[19]。太陽(yáng)能電池效率從非晶體硅太陽(yáng)能電池的6%到多結(jié)點(diǎn)生產(chǎn)電池的44.0%，多模的組裝成混合封裝的44.4%。在2014年，晶體電池的效率達(dá)到了25.6%[20]。砷化鎵（GaAs）單晶薄膜太陽(yáng)能電池，使單結(jié)太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到世界紀(jì)錄的28.8%[21]。雖然單晶體太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率高，但受材料和工藝的限制，導(dǎo)致成本過(guò)高，使得應(yīng)用受限。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池具有吸光率高、重量輕、工藝簡(jiǎn)單、低成本和低能耗等優(yōu)點(diǎn)，但是轉(zhuǎn)換效率較低，并隨著時(shí)間推移轉(zhuǎn)換效率在衰退。

市售的多晶硅太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率約為14-19%。未摻雜的晶體硅器件正在接近29.4%的理論極限效率[22]。提高太陽(yáng)能光伏轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性是關(guān)鍵，同時(shí)也要考慮生產(chǎn)成本和能耗。隨著對(duì)低成本、高效率且穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料的深入研究，這對(duì)解決能源衰竭和環(huán)境的污染有著巨大推動(dòng)作用，對(duì)太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)在新能源建筑中應(yīng)用占有重要的作用。

2.2 半導(dǎo)體熱電材料的研究

2.2.1 熱電半導(dǎo)體工作原理

圖2 半導(dǎo)體熱電模塊結(jié)構(gòu)[24]

早在19世紀(jì)初就首次發(fā)現(xiàn)帕爾帖效應(yīng)（Peltier effect）和塞貝克效應(yīng)（Seeback effect），在過(guò)去的50多年中，熱電半導(dǎo)體器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)是基于半導(dǎo)體制冷原理基礎(chǔ)上建立的，半導(dǎo)體制冷也稱熱電制冷，根據(jù)帕爾貼效應(yīng)，如圖2所示，半導(dǎo)體熱電模塊是由多個(gè)熱電偶串并聯(lián)組合而成，改變電流方向，冷熱端面將發(fā)生互換，從而達(dá)到空調(diào)制冷或制熱的目的[2-4]。作為固態(tài)器件，它沒(méi)有移動(dòng)部件，因此非?？煽?，幾乎免維護(hù)，此外無(wú)噪音和振動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，精確的溫度控制能力[23]。

2.2.2 熱電半導(dǎo)體材料的研究

1911年，Altenkirch推導(dǎo)出熱電效率，即熱電品質(zhì)因數(shù)。熱電效率可以通過(guò)乘以絕對(duì)溫度進(jìn)行無(wú)量綱化，最常見(jiàn)的無(wú)量綱的品質(zhì)因數(shù)。

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圖3 三個(gè)主要參數(shù)及載流子濃度之間的關(guān)系[25]

圖4 每年典型的熱電材料ZT值的大小[29]

其中，是塞貝克系數(shù)，是電導(dǎo)率，是熱導(dǎo)率。在能帶結(jié)構(gòu)中，這三個(gè)輸出參數(shù)相互依賴的，圖3說(shuō)明了三個(gè)主要參數(shù)及載流子濃度之間的關(guān)系[25]。和之間變化相互作用，使得改善值都是困難的[26]。此外，電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)是密切相關(guān)的，所以通常不可能將散熱材料的熱電功率因子提高到特定的最佳值以上[27]。然而，理想的熱電材料將具有較高的電導(dǎo)率以允許傳導(dǎo)電，這將產(chǎn)生電位差，并且具有低熱導(dǎo)率以保持熱和冷側(cè)之間的溫度梯度[28]。早期的熱電工作導(dǎo)致值非常小，因?yàn)樗褂玫牟牧希ㄖ饕墙饘伲┎痪哂欣硐氲臒犭娦再|(zhì)，即金屬具有高導(dǎo)電性和高導(dǎo)熱性。大多數(shù)傳統(tǒng)材料表現(xiàn)出電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率之間的相關(guān)性。傳導(dǎo)良好的金屬也能很好地傳導(dǎo)熱量，絕緣熱量的材料（如玻璃或陶瓷）也使電絕緣，多年來(lái)努力提高尚未從根本性上得到突破。熱電材料從歷史的進(jìn)展來(lái)看，如圖4所示[29]，Bi2Te3是最常用的熱電材料。因此，對(duì)于在室溫下工作的器件（TE300 K），傳統(tǒng)的熱電材料（如碲化鉍（Bi2Te3）和碲化鉛（PbTe））的值≈1[30]。

熱電材料的優(yōu)質(zhì)系數(shù)很大程度決定了太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)的效率，的值越大，系統(tǒng)運(yùn)行的效率就越高，當(dāng)今最好的商用半導(dǎo)體熱電模塊，的值約為1.0，而在空調(diào)應(yīng)用中約為傳統(tǒng)R-134A系統(tǒng)效率的0.25[24]。理想的熱電系統(tǒng)效率與是非線性增加的，為了提高效率，的值必須增加2.2倍。為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的兩相制冷劑的效率，的值需增加到大約9.2倍[24]。

2.3 影響半導(dǎo)體材料性質(zhì)的因素的研究

2.3.1 湯姆遜效應(yīng)的影響

湯姆遜效應(yīng)就是，當(dāng)電流通過(guò)有溫度梯度的導(dǎo)體，就會(huì)在導(dǎo)體和周圍環(huán)境之間發(fā)生能量交換。對(duì)于一個(gè)正的湯姆遜系數(shù)，湯姆遜效應(yīng)使最大減少約7.1%，同時(shí)將冷卻能力降低約7%。相反，如果湯姆遜系數(shù)為負(fù)，和制冷量都可以提 高[31]。Yamashita[32]研究一些材料屬性并不是溫度的函數(shù)，對(duì)溫度依賴性大的材料，以設(shè)計(jì)熱電冷卻器裝置的提高性能。Cherkez[33]描述了用熱電效應(yīng)和焦耳-湯姆遜效應(yīng)共同作用來(lái)改善熱電空調(diào)。所獲得的結(jié)果表明，與常規(guī)熱電系統(tǒng)（不可滲透的熱元件冷卻器）相比，增加了60-70%，與具有較小焦耳-湯姆遜效應(yīng)的可滲透熱元件相比，增加了5-8%。Chen等人[34]研究冷卻功率的分布和三種不同的熱電冷卻模塊和兩種溫度差異，考慮或忽視湯姆遜效應(yīng)。湯姆遜效應(yīng)對(duì)溫度分布的影響很大，特別是湯姆遜效應(yīng)相對(duì)于熱電冷卻器的N型元件對(duì)P型元件具有更大的影響。

2.3.2 溫度對(duì)熱電材料性質(zhì)的影響

為了獲得能夠保證相關(guān)性能的熱電裝置的合適設(shè)計(jì)，在文獻(xiàn)[32]中將對(duì)熱電材料的特性的溫度依賴性的分析考慮為重點(diǎn)。Mitrani等人[35]基于模擬的研究中得出熱電元件參數(shù)對(duì)溫度依賴性。Huang等人[36]表明，在塞貝克系數(shù)的等式中，可以通過(guò)控制費(fèi)米能量來(lái)控制塞貝克系數(shù)（以及湯姆森系數(shù)）的溫度依賴性。熱側(cè)的散熱器性能比冷側(cè)的散熱器更重要，因?yàn)闊醾?cè)的熱流密度較高。傳熱面積的分配及熱端和冷端之間的傳熱系數(shù)尤為重要。對(duì)于具有給定冷卻能力的熱電模塊，存在用于實(shí)現(xiàn)最大的最佳分配比，一些典型的分配比例在0.36-0.47左右[37]。

2.3.3 電接觸電阻的影響

對(duì)大尺寸熱電模塊的的估計(jì)，其中忽略了電接觸和熱接觸電阻。在短熱電模塊的情況下進(jìn)行相同的分析（忽略電接觸電阻和熱接觸電阻），但結(jié)果不足。Min和Rowe[38]提出了一個(gè)有效的簡(jiǎn)化模型，考慮了熱阻和電接觸電阻，對(duì)小尺寸熱電冷卻模塊進(jìn)行建模，這些模塊有利于分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3.4 熱阻的影響

Pettes等人[39]采用常見(jiàn)的單級(jí)熱電制冷器理論來(lái)證明存在熱和電接觸電阻。他們計(jì)算最佳熱元件長(zhǎng)度，以使指定冷卻能力的最大化。通過(guò)減少10%的熱接觸電導(dǎo)，可以減少至少10%的峰值熱量，并且通過(guò)增加互連導(dǎo)體來(lái)減少至少50%，最大電阻大于等于熱電偶腿部電阻的十倍。Jeong[40]提出了一種考慮接觸電阻的新的一維分析模型，在冷卻能力增加的同時(shí)獲得最佳電流的提高，并且降低冷熱側(cè)的溫差，也獲得了隨著冷卻容量增加的同時(shí)，最佳熱電偶元件長(zhǎng)度得到減小。

3 改善太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)的效率措施

3.1 熱電模塊的設(shè)計(jì)和優(yōu)化

從半導(dǎo)體熱電模塊自身結(jié)構(gòu)著手，如熱電元件長(zhǎng)度，熱電偶個(gè)數(shù)，熱電元件長(zhǎng)度與截面面積比，長(zhǎng)細(xì)比和具有非恒定橫截面面積的熱電元件等設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

3.2 優(yōu)化散熱

Astrain等[41]開(kāi)發(fā)了一種基于相變熱虹吸器的裝置，目的是將熱流分配到散熱片表面的珀?duì)柼K的熱端。改善傳熱是增加的關(guān)鍵方面。Riffat和Ma[42]指出，當(dāng)溫差大約為20℃時(shí)，熱電制冷器的通常小于0.5。Rowe[43]報(bào)道了熱電制冷系統(tǒng)能夠以高于1的運(yùn)行的的存在，提供相對(duì)于環(huán)境的20℃或更高的溫差。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種傳熱技術(shù)，包括空氣冷卻散熱器，液體冷卻微通道散熱器以及涉及熱管或雙相熱敏元件的系統(tǒng)[44]?？梢愿淖儫犭娎鋮s系統(tǒng)的工作條件（即電流輸入），散熱器冷卻劑和冷卻劑質(zhì)量流量，其中包括散熱器的幾何形狀，冷熱側(cè)散熱器傳熱面積和傳熱系數(shù)，熱和電接觸電阻與界面層的分析。

3.3 減少電接觸和熱阻

文獻(xiàn)[16]指出了提高太陽(yáng)能熱電冰箱增加的接觸電阻的必要性，特別是熱電偶界面層的熱接觸電阻，這對(duì)熱電冷卻能力和都是至關(guān)重要的。只要界面層的存在，熱電材料的的增加不一定意味著熱電元件的增加，散熱器在冷熱側(cè)的效率對(duì)冷卻有很大的影響?？諝饫鋮s散熱器（風(fēng)扇強(qiáng)制對(duì)流，熱阻為0.54-0.66K/W和0.5K/W），水冷散熱器（熱阻為0.108K/W）和熱管集成的散熱器（熱阻為0.11K/W）是常用的技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，散納米流體的散熱器顯示出降低熱阻的潛力[45]。

3.4 使用新的材料

為了提高半導(dǎo)體熱電工作效率，有必要找到具有良好電導(dǎo)體的材料，通過(guò)用重?fù)诫s的半導(dǎo)體碲化鉍或硅鍺實(shí)現(xiàn)最高的性能。對(duì)于半導(dǎo)體，希望有一種可以摻雜P型和N型的基礎(chǔ)材料，從而可以在結(jié)的兩側(cè)使用相同的材料系統(tǒng)。近年來(lái)，Venkatasubramanian等人[46]和Haman等人[47]，基于這些材料的超晶格和量子點(diǎn)已經(jīng)將它們的室溫提高到2～2.4。這些性能的提高主要是由于晶格熱導(dǎo)率降低，而熱電功率因子（2）基本沒(méi)有變化。為了達(dá)到實(shí)際的目的，高性能TE材料值應(yīng)大于4，并且實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)[48]。

4 結(jié)論和展望

太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體熱電空調(diào)的性能目前還不能與蒸汽壓縮技術(shù)相抗衡，但是通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化熱交換器結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)，還要考慮系統(tǒng)的輸出功率，進(jìn)而提高太陽(yáng)能半導(dǎo)體熱電空調(diào)整體的效率。有三條途徑可使熱電冷卻裝置的性能提高：通過(guò)熱電模塊的設(shè)計(jì)和優(yōu)化；通過(guò)冷卻系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)和優(yōu)化；通過(guò)熱電冷卻系統(tǒng)的工作環(huán)境的改善。由此得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)選用性能較高的半導(dǎo)體熱電材料和太陽(yáng)能系統(tǒng)，商業(yè)光伏發(fā)電的效率一般為15%-20%，與最大光伏發(fā)電效率46%相比，還有很大的提升空間。

（2）受成本和技術(shù)的限制，研究使用的值約為0.6～0.7，其值并不太高，現(xiàn)階段難以有較大的突破，可以從熱電模塊冷熱側(cè)的溫度，熱電元件的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率著手。

（3）TEC冷側(cè)冷卻裝置表面，TEC熱側(cè)的散熱片熱阻和施加的電流等參數(shù)著手優(yōu)化。

（4）系統(tǒng)必須根據(jù)所需的冷卻能力設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男阅芟禂?shù)（）。

（5）太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)是通過(guò)散裝元件組合的，常見(jiàn)市售的TE和PV系統(tǒng)。隨著新材料的出現(xiàn)，尤其是納米技術(shù)顯著提高了因子，這必定能促進(jìn)半導(dǎo)體熱電和光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。

（6）通過(guò)降低材料的成本，提高的熱力學(xué)循環(huán)效率，優(yōu)化散熱器的結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，這對(duì)建筑、工業(yè)和汽車空調(diào)等將產(chǎn)生巨大影響，太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)不僅能降低燃料的消耗和二氧化碳排放量，而且它是安全可靠、清潔環(huán)保的。

（7）未來(lái)的研究方向，提高半導(dǎo)體材料的值，材料研究仍然是重要的；提高太陽(yáng)能光伏轉(zhuǎn)換效率和優(yōu)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)也是今后的研究方向。隨著材料和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，太陽(yáng)能光伏半導(dǎo)體空調(diào)的前途十分光明。

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Review of Solar Photovoltaic Semiconductor Air Conditioning

Li Kunxiang1Wang Hanqing2Wang Tingting1Dong Jingjing1

( 1.School of cicil engeering, Hunan University of technology, Zhuzhou, 412007; 2.School of cicil engeering, University of South China, Hengyang, 421001 )

Solar Photovoltaic Semiconductor Air-Conditioning as a new, renewable green cleaning system, solar energy is converted into electrical energy by photovoltaic panels to provide DC power to the semiconductor thermoelectric modules. According to the peltier effect, the energized semiconductors can be used for indoor cooling or heating, changing the current direction, switching between cooling and heating modes, and the system has almost zero energy consumption and zero pollution with great potential for development. In this paper, the conversion efficiency of solar photovoltaic is introduced. The influence of Thomson effect, temperature of hot and cold side of thermoelectric semiconductors, electrical contact resistance, thermal resistance and other factors on the COP of semiconductor thermoelectric air conditioner is analyzed. The measures to solve these problems are proposed. The design and optimization of the thermoelectric module are mainly carried out. The thermal design and optimization of the cooling system are adopted. The working environment of the thermoelectric cooling system is improved.

solar photovoltaic; semiconductor modules; air conditioner; COP

TU834

A

1671-6612（2018）02-189-07

李坤相（1989.11-），男，在讀碩士研究生，E-mail：lkx0008@163.com

王漢青（1963-），男，博士，教授，E-mail：hqwang2011@126.com

2017-12-18