我国是化石燃料消耗大国,虽然我国地大物博,但化石燃料的进口依存率却一直居高不下,这种能源结构非常不利于经济发展,而且化石燃料的燃烧会带来一系列环境问题,完全有悖于我国的碳达峰碳中和政策。但是,我国的太阳能资源十分丰富,使用太阳能发电不仅成本不高,还不会产生废气、废水和废渣,既能保护环境,又能改变我国的能源结构,降低化石燃料的进口依存率。半导体制冷片利用珀尔帖效应,可在无制冷剂和机械部件滑动的情况下实现快速制冷,同时节约能源,保护环境。本文将光伏发电和半导体制冷结合起来,搭建了一套太阳能半导体制冷系统。首先,对系统的冷负荷和太阳能电池板的倾角进行了计算,方便后续对供能部分、制冷装置部分和热端散热部分进行选择,搭建实验平台。然后,进行实验研究。为寻求半导体制冷片的最佳工作电流,首先进行了制冷效果随电流变化的实验,结果显示,总电流为20A（即通过每片半导体制冷片的电流为4A）时,半导体制冷片的制冷效果最好。之后,分别改变水温、半导体制冷片冷端风扇个数和制冷片个数进行实验,实验结果表明,水温为10℃、风扇个数为4个、半导体制冷片为5片时,该太阳能半导体制冷系统的制冷效果能达到最佳。最后,为提高半导体制冷片热端的散热效果,用热仿真软件Fluent进行仿真优化,主要从水冷头的内部结构和不同的入口流速这两方面进行优化。仿真结果显示,结构3相比其他结构的效果更好,能显著改善水冷头左右两端的涡流,1号半导体制冷片位置的温度分布也更加均匀。相比原始水冷头结构,1号位置的最大温差从2.90℃降为0.99℃,下降了65.86%,平均温度从15.55℃降为13.89℃,下降了10.68%;5号位置的最大温差从3.66℃降为2.91℃,下降了20.49%,平均温度从14.64℃降为12.85℃,下降了12.23%。由此可知,水冷头的结构优化效果明显,能大幅改善原始结构存在的问题。随着流速的增加,1号位置和5号位置的最大温差和平均温度都在降低,但1.0m/s和1.5m/s的效果要明显优于0.5m/s。在交界面处,流速为1.0m/s和1.5m/s的平均温度分别为13.72℃和13.18℃;在1号位置处,最大温差分别为0.94℃和0.83℃,平均温度分别为14.66℃和14.08℃;在5号位置的最大温差分别为2.96℃和2.48℃,平均温度分别为13.57℃和13.05℃。由数据可知,1.0m/s和1.5m/s的效果差别不大,1.5m/s的效果稍微好点,但由于恒温水箱的制冷速率是有限的,考虑到与恒温水箱的匹配性,选择流速为1.0m/s更合适。