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【摘要】目前我国正大力倡导“可持续发展”，强调节能减排的重要性，提倡建立资源节约型、环境友好型社会。本文把太阳能发电技术与半导体制冷效应相结合，应用正在推广的第二代太阳能电池—薄膜太阳能电池，提出一套无需制冷剂、不存在噪声的新型汽车空调制冷系统。能够调节尤其是在夏季高温下汽车内的温度。实现了对新能源的开发及利用，提高了汽车制冷系统的能源利用效率，缓解了资源紧迫的压力。
【关键词】薄膜太阳能电池；半导体制冷；车载辅助空调
1.引言
当今，汽车已成为人们日常生活中的重要工具。但它却消耗大量燃料，同时，在通过氟利昂等制冷剂改善车内环境的同时，也对环境造成了很大的破坏。随着世界各国汽车保有量的不断攀升，使得全球能源消耗压力逐渐增大，环境日益恶化。而太阳辐射到地球大气层的能量高达173，000TW，即太阳1秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。如果以平方米计算，每秒照射到地球的能量则为49.94GJ。这是一个巨大的宝藏等我们去开发利用。
2.研究背景及意义
夏季车内高温环境会加速车内装饰材料中苯和甲醛等致癌物质的挥发，严重影响人们的身体健康；各种制冷驱动系统均使用氟、溴化锂和氨等制冷剂，但对大气尤其是臭氧层产生了较大的破坏。而半导体制冷技术具有无需制冷剂、热惯性小、制冷制热时间快等特点，再结合无毒、无污染、质量轻的薄膜太阳能电池，这种新型的制冷系统是汽车制冷、降低汽车能耗研究领域的重要研究方向。
3.設计方案
3.1 系统的整体构思
太阳能汽车辅助空调系统利用太阳能光电转化原理，将接收到的太阳能转化为电能，再驱动半导体制冷，从而调节汽车的内部温度。整套装置由薄膜太阳能电池、太阳能控制器、太阳能蓄电池、温度控制器、半导体制冷装置组成。在炎热的夏季中午（上午11时到下午16时期间）的环境下，当汽车内的温度>30℃时，半导体制冷装置开始工作。
3.2 主要组成和功能
如图1所示，该系统由以下几部分组成：
（1）薄膜太阳能电池：薄膜太阳能电池是由在廉价的玻璃、不锈钢或塑料衬底上附上厚度只有几微米的感光材料制成，具有原材料丰富、无毒、无污染、低能耗、低成本等优点[1]。其作用是将太阳能转换为电能，为半导体制冷片提供电能，或送往蓄电池中存储起来。
（2）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个发电系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电、过放电保护的作用。
（3）太阳能蓄电池：选用合适的深循环能力较好的铅酸蓄电池。其作用是储存光伏系统产生的电能，为半导体制冷装置供电以及充当电压稳定器[2]。
（4）温度控制器：选用高精度温度控制电路，一定条件下自动开启或关闭辅助空调系统，保证汽车内温度的适宜。
（5）半导体制冷装置：其作用是将太阳能发电系统产生的电能转换为冷量或者热量，从而调节车内的温度。
（6）温度传感器：把接收到的温度信号转变为数字信号，传输给控制器部分。
3.3 设计内容
3.3.1 太阳能发电系统
所述太阳能发电系统，其结构如图2所示，由薄膜太阳能电池1、太阳能控制器4、太阳能蓄电池3组成，其中：薄膜太阳能电池组1与太阳能控制器4的输入端相连接。太阳能控制器4的输出端与太阳能蓄电池3相连接，并且与半导体空调系统2中的电能输入端相连接。在保证半导体空调系统正常工作的同时，给太阳能蓄电池充电。
①太阳能电池组1由薄膜太阳能电池构成，它的面积大小可根据实际的制冷量确定。
②太阳能蓄电池3，可与汽车电瓶相匹配，一定条件下为汽车运行中火花塞点火提供所需电能，降低汽车油耗与排放。该太阳能蓄电池可以有多个，它们通过导线进行串并联连接，构成太阳能蓄电池组。
3.3.2 半导体制冷系统
半导体制冷系统2，其结构如图2所示，由半导体制冷装置、抽风送风装置、散热装置、温度控制系统组成。散热器6安装在汽车前部的进气栅格处以辅助空调系统散热。并由温度传感器9向温度控制器8提供车内温度信息。
①半导体制冷装置由半导体制冷片、控制线路、电源、控制开关等构成；
②抽风送风装置由风口、风道、风扇构成；
③散热装置由导热块、换热器、翅片、风扇等构成；
④温度控制系统由温度传感器、温度调节电路、控制面板等构成，可以根据温度传感器提供的车内温度信息，自动启动或关闭空调系统，以保证车辆在停放过程中车内保持较适宜的温度。
3.3.3 控制电路
图4为简易太阳能控制器电路结构图，薄膜太阳能电池板输出的电压经过直流DC/DC变换后送给蓄电池充电。A/D采样电路将采集到的模拟信号送给单片机进行分析处理，通过调整PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而实现对充电电压和电流的控制，实现最大功率点的跟踪（MPPT）。
4.设计创新点
运用无毒、无污染、质量轻的薄膜太阳能电池，把太阳能光电转换技术和半导体制冷技术结合起来，设计出一款汽车辅助空调系统。能够调节尤其是在夏季高温下汽车内的温度。
5.结语
随着人们生活水平的逐步提高，汽车正成为人们出行的必要工具。优化汽车制冷系统，能改善汽车的运行效率，方便人们的生活，同时也能够节约大量能源。太阳能半导体制冷空调可以将太阳能转化为电能，并给半导体制冷提供能量，这在汽车这一发展迅速的领域无疑是一次重大改革，具有广泛的应用前景和很高的经济价值。
参考文献
[1]钱伯章.太阳能技术与应用[M].北京：科学出版社， 2010（8）：73-76.
[2]太阳能—可再生能源与环境[M].北京：人民邮电出版社，2010（7）：219.
[3]黄海宏.小功率简易型太阳能控制器设计[J].元器件与应用，2006（2）：88-90.
【关键词】薄膜太阳能电池；半导体制冷；车载辅助空调
1.引言
当今，汽车已成为人们日常生活中的重要工具。但它却消耗大量燃料，同时，在通过氟利昂等制冷剂改善车内环境的同时，也对环境造成了很大的破坏。随着世界各国汽车保有量的不断攀升，使得全球能源消耗压力逐渐增大，环境日益恶化。而太阳辐射到地球大气层的能量高达173，000TW，即太阳1秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。如果以平方米计算，每秒照射到地球的能量则为49.94GJ。这是一个巨大的宝藏等我们去开发利用。
2.研究背景及意义
夏季车内高温环境会加速车内装饰材料中苯和甲醛等致癌物质的挥发，严重影响人们的身体健康；各种制冷驱动系统均使用氟、溴化锂和氨等制冷剂，但对大气尤其是臭氧层产生了较大的破坏。而半导体制冷技术具有无需制冷剂、热惯性小、制冷制热时间快等特点，再结合无毒、无污染、质量轻的薄膜太阳能电池，这种新型的制冷系统是汽车制冷、降低汽车能耗研究领域的重要研究方向。
3.設计方案
3.1 系统的整体构思
太阳能汽车辅助空调系统利用太阳能光电转化原理，将接收到的太阳能转化为电能，再驱动半导体制冷，从而调节汽车的内部温度。整套装置由薄膜太阳能电池、太阳能控制器、太阳能蓄电池、温度控制器、半导体制冷装置组成。在炎热的夏季中午（上午11时到下午16时期间）的环境下，当汽车内的温度>30℃时，半导体制冷装置开始工作。
3.2 主要组成和功能
如图1所示，该系统由以下几部分组成：
（1）薄膜太阳能电池：薄膜太阳能电池是由在廉价的玻璃、不锈钢或塑料衬底上附上厚度只有几微米的感光材料制成，具有原材料丰富、无毒、无污染、低能耗、低成本等优点[1]。其作用是将太阳能转换为电能，为半导体制冷片提供电能，或送往蓄电池中存储起来。
（2）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个发电系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电、过放电保护的作用。
（3）太阳能蓄电池：选用合适的深循环能力较好的铅酸蓄电池。其作用是储存光伏系统产生的电能，为半导体制冷装置供电以及充当电压稳定器[2]。
（4）温度控制器：选用高精度温度控制电路，一定条件下自动开启或关闭辅助空调系统，保证汽车内温度的适宜。
（5）半导体制冷装置：其作用是将太阳能发电系统产生的电能转换为冷量或者热量，从而调节车内的温度。
（6）温度传感器：把接收到的温度信号转变为数字信号，传输给控制器部分。
3.3 设计内容
3.3.1 太阳能发电系统
所述太阳能发电系统，其结构如图2所示，由薄膜太阳能电池1、太阳能控制器4、太阳能蓄电池3组成，其中：薄膜太阳能电池组1与太阳能控制器4的输入端相连接。太阳能控制器4的输出端与太阳能蓄电池3相连接，并且与半导体空调系统2中的电能输入端相连接。在保证半导体空调系统正常工作的同时，给太阳能蓄电池充电。
①太阳能电池组1由薄膜太阳能电池构成，它的面积大小可根据实际的制冷量确定。
②太阳能蓄电池3，可与汽车电瓶相匹配，一定条件下为汽车运行中火花塞点火提供所需电能，降低汽车油耗与排放。该太阳能蓄电池可以有多个，它们通过导线进行串并联连接，构成太阳能蓄电池组。
3.3.2 半导体制冷系统
半导体制冷系统2，其结构如图2所示，由半导体制冷装置、抽风送风装置、散热装置、温度控制系统组成。散热器6安装在汽车前部的进气栅格处以辅助空调系统散热。并由温度传感器9向温度控制器8提供车内温度信息。
①半导体制冷装置由半导体制冷片、控制线路、电源、控制开关等构成；
②抽风送风装置由风口、风道、风扇构成；
③散热装置由导热块、换热器、翅片、风扇等构成；
④温度控制系统由温度传感器、温度调节电路、控制面板等构成，可以根据温度传感器提供的车内温度信息，自动启动或关闭空调系统，以保证车辆在停放过程中车内保持较适宜的温度。
3.3.3 控制电路
图4为简易太阳能控制器电路结构图，薄膜太阳能电池板输出的电压经过直流DC/DC变换后送给蓄电池充电。A/D采样电路将采集到的模拟信号送给单片机进行分析处理，通过调整PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而实现对充电电压和电流的控制，实现最大功率点的跟踪（MPPT）。
4.设计创新点
运用无毒、无污染、质量轻的薄膜太阳能电池，把太阳能光电转换技术和半导体制冷技术结合起来，设计出一款汽车辅助空调系统。能够调节尤其是在夏季高温下汽车内的温度。
5.结语
随着人们生活水平的逐步提高，汽车正成为人们出行的必要工具。优化汽车制冷系统，能改善汽车的运行效率，方便人们的生活，同时也能够节约大量能源。太阳能半导体制冷空调可以将太阳能转化为电能，并给半导体制冷提供能量，这在汽车这一发展迅速的领域无疑是一次重大改革，具有广泛的应用前景和很高的经济价值。
参考文献
[1]钱伯章.太阳能技术与应用[M].北京：科学出版社， 2010（8）：73-76.
[2]太阳能—可再生能源与环境[M].北京：人民邮电出版社，2010（7）：219.
[3]黄海宏.小功率简易型太阳能控制器设计[J].元器件与应用，2006（2）：88-90.