冷光(EL)全称电激发光(Electro Luminescent),它是一种转换电能为光能的现象,结合多种物质来产生光源,它在运转的过程中不会发热的低温光源.
太阳能发电方式太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。
(1) 光—热—动—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—动再转换成电最终转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。
(2) 光—电直接转换方式该方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电相比,太阳能电池不会引起环境污染。
冷光不会产生热辐射,不能是电池板发电。
半导体制冷又称温差电制冷、或热电制冷。是未来电冰箱制冷技术发展的一个方向。半导体制冷是利用特种半导体材料,制成制冷器件,通电后直接制冷,因此得名半导体制冷。
用两种不同金属组成一对热电偶,当在热电偶中通以直流电流时,将在电偶的不同结点处,产生吸热和放热现象,这种现象称为珀尔帖效应。
利用珀尔帖效应制成的半导体制冷器的电偶,是由一种特制的N型和P型半导体组成的。N型半导体是靠电子导电的,而P型半导体是靠所谓“空穴”来导电的。
不论N型半导体中的自由电子,还是P型半导体中的空穴,它们都参与导电,统称为“载流子”,由“载流子”导电的现象,是半导体所特有的。
半导体制冷原理是把一个P型半导体和一个N型半导体,用铜连接片焊接而成电偶对,如图2-7所示。当直流电流从N型半导体流向P型半导体时,则在2、3端的铜连接片上产生吸热现象,此端称为冷端;而在1、4端的铜连接片上产生放热现象,此端称为热端。如果电流方向反过来,则冷、热端将互换。
图2-7 半导体制冷器电偶对的工作原理
当这个制冷器件中通入一定数量的直流电时,冷端会逐渐冷却下来,并出现结霜;而热端的温度逐渐升高,并向周围环境放热。载流子在金属和半导体中的势能大小是不同的,所以载流子在流过结点时,必然会引起能量的传递。当电流的极性如图2-7所示,电子从电源负极出发经金属片—结点4—P型半导体—结点3—金属片—结点2—N型半导体—结点1—金属片,回到电源正极。由于左半部是P型半导体,导电方式是空穴型的,空穴的流动方向与电子流动方向相反。所以空穴是从金属片—结点3—P型半导体—结点4—金属片,回到电源负极。
空穴在金属中具有的能量、低于在P型半导体中空穴所具有的能量:当空穴在电场作用下,由金属片通过结点3到达P型半导体时,必须增加一部分能量,但空穴本身是无法增加能量的,只有从金属片中吸收能量、并把这部分热能转变为空穴的势能,因此,在结点3处的金属片被冷却下来。当空穴沿P型半导体通向结点4流向金属片时,由于P型半导体中空穴能量大于金属中空穴的能量,因而要释放出多余的势能,并将其以热能的形式放出来,所以结点4处的金属被加热。
图2-7中右半部是N型半导体与金属的联结,是靠自由电子导电的,而电子在金属中的势能低于N型半导体中电子的势能。在电场作用下,电子从金属中通过结点2到达N型半导体时,必然要增加势能,这部分势能也只能从金属片的热能取得,因此使结点2处的金属片“冷却”下来。当电子从N型半导体经过结点1流向金属片时,因电子是由势能较高的地方流向势能较低的地方,故释放出多余的势能,并将其变成热能,使结点1处的金属片加热,这样上部的金属片被冷却下来,成为冷端;而下部的两个联接片均放出热量,成为热端。
当电源正负极性调换时,因电子空穴的流动方向将与上述相反,故冷热端将互换。
综上所述,半导体制冷的吸热和放热是由载流子(电子和空穴)流过结点时,由势能的变化而引起能量的传递,这就是半导体制冷的本质。
由于一个电偶对产生的热电效应较小(一般约为1.163W左右,视元件的尺寸大小而异),所以实际应用时是将数十个电偶对串联起来,将冷端放在一起,热端放在一起,称为热电堆,将热电堆和热交换器用焊接方式连接起来制成半导体制冷器,如图2-8所示。其特点是结合强度高、接触热阻小,适用于热流密度较大的情况。为了保持电绝缘,在热电堆和热交换器之间用金属化瓷片材料进行绝缘。
图2-8 半导体制冷器的热电堆
我国目前应用的制冷半导体材料,多数是以碲化铋为基体的三元固熔体合金,其中P型材料是Bi2Te3-Sb2Te3;N型材料是Bi2Te3-Bi2Se3。由于半导体材料性能的限制,目前半导体制冷的效率比一般压缩式要低,耗电量约大1倍。但在几十瓦小能量的情况下,由于半导体制冷器的效率与能量大小无关,故对微小型制冷装置,反而比压缩式经济。此外由于半导体制冷器必需使用直流电源,价格贵,使它的应用受到一定的限制。
简单而言制冷片能够制冷是半导体p-n结在电场的作用下所产生的。在给半导内体p-n结施加一定的电压的情况容下,电子从p区要穿过n区就需要耗能从而产生热量;如果热量被空气或者其它物体散发,因平衡的需要会进行补充,这就产生吸热现象即制冷了。因此半导体制冷片在使用时必须要保证热端的散热效果,否则不但不能制冷而且会造成制冷片的损坏。
优点和特点:
1、不需要任何制冷剂,可连续工作,没有污染源没有旋转部件,不会产生回转效应,没有滑动部件是一种固体片件,工作时没有震动、噪音、寿命长,安装容易。
2、半导体制冷片具有两种功能,既能制冷,又能加热,制冷效率一般不高,但制热效率很高,永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。
3、半导体制冷片是电流换能型片件,通过输入电流的控制,可实现高精度的温度控制,再加上温度检测和控制手段,很容易实现遥控、程控、计算机控制,便于组成自动控制系统。
4、半导体制冷片热惯性非常小,制冷制热时间很快,在热端散热良好冷端空载的情况下,通电不到一分钟,制冷片就能达到最大温差。
5、半导体制冷片的反向使用就是温差发电,半导体制冷片一般适用于中低温区发电。
6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小,但组合成电堆,用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话,功率就可以做的很大,因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。
7、半导体制冷片的温差范围,从正温90℃到负温度130℃都可以实现。
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