采用半导体制冷技术的太阳能LED照明系统散热方案设计
基于半导体制冷技术的LED前照灯散热器设计与优化
基于半导体制冷技术的LED前照灯散热器设计与优化摘要：ＬＥＤ（发光二极管）作为一种新型的光源，凭借其体积小、绿色环保、寿命长等优点，成为汽车照明系统光源应用的主要趋势。
目前ＬＥＤ光源主要应用在汽车刹车灯、转向灯、倒车灯、尾灯以及仪表用灯等方面。
同时，一些高档轿车公司逐步将大功率高亮度ＬＥＤ作为汽车前照灯光源使用。
功率型ＬＥＤ的驱动电流高达１Ａ，如果不能及时有效地将其所产生热量传递出去，将会引起芯片内部热量聚集，导致ＬＥＤ发光效率下降、主波长偏移、寿命缩短等一系列可靠性问题。
关键词：半导体制冷技术；LED前照灯散热器设计优化LED技术在汽车上的应用仍存在技术限制，散热不良导致的热效应问题是主要的瓶颈之一。
长期处于较高的温度环境中工作，LED的寿命受到很大影响，光学性能也会受到很大的冲击，这对汽车的安全驾驶有很大的负面影响。
因此解决LED灯的散热问题很重要。
1 LED工作原理传统照明中，光源的发光原理可归纳为两种：一种方式是白炽灯类，加热灯丝至白炽状态，使其发光；另一种方式是卤素灯类，通过惰性气体放电，继而发光，两者均会导致大量的能量损失。
LED光源是基于光电转换而工作的，属于半导体发光，发光原理跟以上两种方式截然不同。
工作时，由于电流注入，产生了剩余电子和空穴，在PN结中，非平衡空穴与电子复合发光，能量损失较小，所以与传统光源相比，寿命更长，光效也高。
LED芯片的主体是半导体晶片，封装在环氧树脂中。
半导体晶片的构成主要有三个区域，即P型区、中间区和N型区。
空穴多分布在P型中，量子阱分布在中间区域，电子分布在N型中。
没有电流通过即零偏置状态时，N型区中电子向P型区扩散，P型区中空穴向N型区扩散，从而在界面两边耗尽区产生内部电场，抵消扩散，达到平衡状态。
当在PN结两端施加一个正向偏压时，带负电的电子和带正电的空穴会在量子阱内复合，多余的能量则以光子的形式辐射出来。
光子产生后，由于因芯片内部吸收或是全反射，使得光子不能全部从芯片输出。
太阳能LED照明系统的设计(最终方案)
I目录中文摘要ABSTRACT第一章引言1.1选题的背景和意义 (1)1.2国内外光伏发电发展现状......................1.2.1世界光伏产业的新进展及应用特点..............1.2.2我国光伏产业发展现状........................1.3光伏电源具有以下优势......................1.4新一代照明光源-白光LED......................1.5论文的研究目的和意义......................第二章太阳能LED照明系统的总体设计...................2.1太阳能LED照明系统的基本结构...................2.2控制器的整体结构第三章太阳能电池板3.1太阳能的工作原理和特性3.1.1太阳能电池的基本原理3.1.2太阳能电池的特性曲线3.2太阳能电池的最大功率跟踪3.2.1最大功率点跟踪原理3.3本系统采用的MPPT控制方式3.3.1功率比较法3.3.1.1功率比较法原理3.3.1.2功率比较法的算法设计3.4本章小结第四章主体电路的设计4.1整体电路设计4.1.1电源电路设计4.1.2 LED驱动电路4.2单片机的算法实现4.3 DC/DC变换器式 (25)4.3本系统采用的MPPT控制方式 (29)4.3.1功率比较法 (29)4.3.2最大功率的模糊控制 (32)4.4本章小结 (33)第五章太阳能LED照明系统光源优化的研究 (34)5.1超高亮白光LED的原理和特性 (34)5.1.1发光原理 (34)5.1.2工作特性 (34)5.2 LED照明系统光源亮度的提高方案 (35)5.2.1光度量参数及其测量方法 (35)5.2.2主要技术改进 (36)5.2.3 LED的布板 (37)5.3 LED照明光源散热问题的研究 (37)5.3.1半导体制冷的工作原理 (38)5.3.2半导体制冷的散热效果 (39)5.3.3半导体制冷的设计 (40)5.4本章小结 (40)六章结束语 (41)6.1本文所做的工作及得到的结论........................................................41有待于进一步研究的问题. (41)考文献 (43)谢 (46)录 (47)学期间发表的学术论文和参加的科研情况 (52)第一章引言1.1选题的背景和意义在世界能源短缺,环境污染日益严重的今天,充分开发并利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。
led灯散热解决方案
LED灯散热解决方案背景LED灯作为一种高效节能的照明技术，逐渐被广泛应用于户外照明、室内照明等领域。
然而，由于LED灯在使用过程中存在散热问题，若不及时解决，可能会导致LED灯的寿命缩短甚至故障。
因此，为了保证LED灯的正常运行和延长使用寿命，散热问题需要引起重视并予以解决。
散热原理LED灯的工作原理LED灯是通过电流在半导体材料内产生的电子与空穴的复合来释放光能的。
在正常工作状态下，LED灯会产生一定量的热量。
这些热量主要来自两个方面：电子与空穴复合过程中的能量转换以及激发过程中的能量转换。
如果不能有效地将这些热量散发出去，将会导致LED灯的温度升高，进而影响其性能和寿命。
散热的重要性LED灯的散热问题主要体现在两个方面：1.电子与空穴复合过程中产生的热量；2.LED灯长时间工作后产生的热量。
这些热量需要通过有效的散热方式及时散发出去，以保证LED灯的正常工作和使用寿命。
散热解决方案散热设计散热设计是解决LED灯散热问题的重要环节。
以下是一些常见的散热设计方案：1.增加散热面积：通过设计散热片或散热器，增加LED灯的散热面积，以提高热量的散发效率。
2.导热材料的应用：选用高导热性能的散热材料，如铝基板、铜基板等，以加快热量的传导速度。
3.导热路径的设计：合理设计热量的传导路径，将热量迅速传导至散热器上。
4.散热器的选择：根据实际需求选择适合的散热器，如风扇散热器、水冷散热器等。
5.空气对流的优化：通过优化LED灯的内部结构，增加空气对流的通道，提高散热效果。
6.温度监控与控制：在LED灯的设计中加入温度感应器，以便实时监控LED灯的温度情况，并进行合理的温度控制。
散热材料选择散热材料的选择对于提高LED灯的散热效果非常重要。
以下是一些常用的散热材料：1.金属基板：如铝基板、铜基板等，具有良好的导热性能和机械强度，适合用于高功率LED灯的散热设计。
2.散热膏：通过填充散热膏来填补散热材料之间的微小空隙，提高热量的导热效果。
半导体照明散热设计与分析
半导体照明散热设计与分析1. 引言半导体照明技术因其高效、节能的特性而被广泛应用于室内外照明领域。
然而，半导体器件的发光效率高，也意味着其本身会产生大量的热量。
热量过多会加速半导体器件的老化，降低其使用寿命。
因此，照明散热的设计与分析非常重要，以确保半导体照明系统的稳定性和可靠性。
2. 半导体照明散热设计原则在进行半导体照明散热设计时，需要遵循以下几个基本原则：2.1 散热路径优化散热路径的优化是确保热量能够迅速传导和散发的关键。
合理的散热路径可以减少热阻和热阻路径，增强散热效果。
散热路径设计需要考虑到半导体芯片、金属基板、散热层和散热器之间的热阻。
2.2 散热材料的选择散热材料的选择对于散热效果至关重要。
常见的散热材料有热导胶、热导脂和硅胶等。
在选择散热材料时，需要考虑其导热性能、稳定性和成本等因素。
2.3 散热器的设计散热器是半导体照明散热系统中的关键组件之一。
设计合理的散热器可以增强热量的散发和传导效果。
在散热器的设计过程中，需要综合考虑散热器的材料、结构和表面积等因素。
2.4 空气流动的优化优化空气流动可以增强散热效果。
通过合理设计通风口和通风道口，可以增加空气对半导体器件的热量吸收面积，并促进热量的传导和散发。
3. 半导体照明散热分析方法为了评估和分析半导体照明散热系统的性能，可以采用以下几种常用的方法：3.1 热阻分析热阻分析是评估散热系统性能的一种常用方法。
通过测量半导体器件的温度和散热器的温度，可以计算出散热系统的热阻。
热阻越小，散热性能越好。
3.2 热流模拟热流模拟是利用数值计算方法，模拟散热系统中的热流分布和温度分布。
通过热流模拟，可以评估散热系统的整体散热效果，并进行优化设计。
3.3 热量计算热量计算是通过对半导体器件的功率、散热器的热阻和环境温度等参数进行计算，评估散热系统的热量产生和散发情况。
热量计算可以帮助设计人员了解散热系统的工作状态，并进行合理的优化设计。
4. 实际案例分析为了验证以上散热设计原则和分析方法的有效性，我们将以一个实际的半导体照明散热系统为例进行分析。
LED散热问题的解决方案
LED散热问题的解决方案LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光元件，具有高效、节能、寿命长等优点，在照明、显示等领域得到广泛应用。
然而，LED也存在散热问题，过高的温度会影响其工作效果和寿命。
因此，解决LED散热问题是提高LED性能和可靠性的关键。
一、散热问题的原因分析LED散热问题的主要原因是LED发光时产生的热量无法有效地散发出去。
LED器件本身的发光效率较高，但其能量转化效率却相对较低，大部分能量被转化为热量。
此外，LED器件的尺寸小、密度高，导致热量集中，散热面积有限，进一步加剧了散热问题。
二、解决方案为解决LED散热问题，可以采取以下方案：1. 散热材料的选择：选择散热性能良好的材料，如铝、铜等具有良好导热性能的金属材料作为散热基板或散热器。
同时，可以使用导热胶、导热硅脂等材料填充器件与散热基板之间的间隙，提高热量传导效率。
2. 散热设计：合理的散热设计是解决LED散热问题的关键。
通过增加散热片、散热鳍片等散热结构，增大散热面积，提高热量的散发能力。
同时，优化散热结构的布局，使热量能够快速、均匀地传导到散热器上，避免热量积聚。
3. 散热系统的设计：建立完善的散热系统，包括风扇、散热片、散热管等组成的散热装置。
风扇可以通过强制对流，增加空气流动，提高散热效果。
散热片和散热管可以增加热量的传导面积，提高热量的散发能力。
4. 温度监测与控制：在LED器件上安装温度传感器，实时监测LED的温度变化。
当温度超过设定阈值时，可以通过控制电流或调节散热系统的工作状态来降低温度，保护LED器件的正常工作。
5. 灯具结构的优化：对于LED照明灯具，可以通过优化灯具的结构设计，提高整体的散热效果。
例如，采用散热孔、散热槽等设计，增加热量的传导和散发面积。
三、散热效果的评估与测试针对LED散热问题的解决方案，需要进行散热效果的评估与测试，以确保解决方案的有效性。
1. 散热性能测试：通过热阻测试仪等设备，对LED器件进行散热性能测试，评估散热材料、散热设计和散热系统的效果。
LED照明设计散热分析与方案
LED照明设计散热分析与方案
标签：LED 照明光源
目前如何散热是LED 产品设计中最为核心的问题，下面我们一起来看看led 照明设计中的散热问题应该如何分析与控制。
一、LED 照明设计散热分析
二十五瓦以下的LED 照明系统的设计一般是用于台灯、客厅射灯、家用餐灯、小夜灯等方面，即使这样，大多数小于二十五瓦的低功率LED 照明应用也会要求一定程度的小型化。
这常常导致更高的功率密度，尽管它的功耗不是很大。
这种情况下，所需足够的散热管理措施必须通过改进机械结构来提供。
此外，高电气效率也有助于降低功耗。
而另一种防止LED 长时间工作过热问题的思路是采用调光解决方案。
事实上，在这个功率范围内，LED 照明灯将会取代卤素灯和紧凑型荧光灯。
此外，为了摆脱散热问题，必须去掉对温度变化敏感的无源组件。
然而，目前大多数LED 驱动器解决方案都源于电源拓扑，并以此为基础，故应该考虑到温度范围的限制，因为一般产品通常基于商业标准，但照明灯却必须确保能够适应严苛的环境。
二、LED 照明设计中的散热控制方案
在迅速发展的LED 照明设计中，大多数人将注意力集中在高亮(HB)LED 的调光控制策略上。
不过，HB LED 照明应用的本质要求我们将更多的注意力转移到散热控制上。
虽然LED 制造商通过大幅提高每瓦的流明数正在降低HB LED 照明设计的技术障碍，但与光输出相比，仍有更多的电能转化为要散发出去的热量。
因此，需要一个散热管理的总体战略，以确保LED 散发的热量可控制为一个温度的函数。
与白炽灯、钨丝灯泡不同，高功率LED 不辐射热。
LED散热问题的解决方案
LED散热问题的解决方案LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光器件，由于其高效、节能的特点，被广泛应用于照明、显示等领域。
然而，由于LED本身的特性，会产生大量的热量，如果不能有效散热，会导致LED的寿命缩短甚至损坏。
因此，解决LED散热问题是非常重要的。
一、散热原理LED的散热原理主要是通过导热材料和散热器来将LED产生的热量传导并散发到周围环境中。
在LED灯具中，LED芯片通过导热材料与散热器相连接，导热材料起到了导热的作用，将LED产生的热量迅速传导到散热器上，再通过散热器的散热片将热量散发出去。
二、散热材料的选择1. 导热胶：导热胶是一种常用的散热材料，其具有导热性能好、易于施工的特点。
在LED灯具中，可以将导热胶涂抹在LED芯片和散热器之间，起到填充缝隙、提高导热效果的作用。
2. 铝基板：铝基板是一种具有良好导热性能的散热材料，常用于LED灯具的散热设计中。
铝基板可以将LED芯片与散热器紧密连接，有效地传导热量，并且具有良好的散热效果。
3. 铜基板：铜基板是一种导热性能更好的散热材料，与铝基板相比，铜基板具有更高的导热系数和更好的导热性能。
在某些对散热要求较高的LED灯具中，可以选择铜基板作为散热材料。
三、散热器的设计散热器是LED灯具中非常重要的组成部分，其设计合理与否直接影响到LED的散热效果。
以下是几种常见的散热器设计：1. 散热片式散热器：散热片式散热器是一种常见的散热器设计，其通过散热片的设计增大散热面积，提高散热效果。
散热片通常采用铝合金材料制成，具有良好的导热性能和散热效果。
2. 风扇散热器：风扇散热器通过风扇的运转产生风流，增加空气流动速度，提高散热效果。
风扇散热器通常由散热片和风扇组成，散热片通过导热材料与LED 芯片相连接，风扇通过产生风流将热量带走。
3. 管状散热器：管状散热器是一种利用导热材料制成的管状结构，通过管道内的液体或气体循环流动，将热量带走的散热器。
基于半导体制冷技术的太阳能LED照明系统散热方案设计
基于半导体制冷技术的太阳能LED照明系统散热方案设计时间：2010—01—13 105次阅读【网友评论0条我要评论】引言在世界能源短缺, 环境污染日益严重的今天,充分开发并利用太阳能是世界各国政府积极实施的能源战略之一.太阳能LED照明系统的应用符合这一战略决策的发展趋势。
然而，LED照明系统的发展在很大程度上受到了散热问题的影响。
对于LED照明系统来讲，LED在工作过程中只能将一少部分的电能转化成光能,而大部分的能量被转化成了热能。
随着LED功率的增大，发热量增多，如果散热问题解决不好，热量集中在尺寸很小的芯片内，使得芯片内部温度越来越高。
当温度升高时将造成以下影响:⑴工作电压减少；光强减少；光的波长变长。
⑵降低LED驱动器的效率、损伤磁性元件及输出电容器等的寿命，使LED驱动器的可靠度降低.⑶降低LED 的寿命，加速LED的光衰。
LED照明系统的散热问题已经成为制约该项技术发展的一个主要障碍。
目前，在解决LED照明系统的散热问题上主要采用的方法有：调整LED的间距;合理加大LED与金属芯印制板间距离；打孔方式；安装风扇。
这些方法在实际应用中受到许多客观条件的影响，散热效果并不是很理想。
半导体制冷又称热电制冷，是利用半导体材料的Peltier效应。
当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。
它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件,可靠性也比较高。
利用半导体制冷的方式来解决LED照明系统的散热问题,具有很高的实用价值。
1.半导体制冷的工作原理1934年法国人帕尔帖发现：当电流流经两个不同导体形成的接点处会产生放热和吸热现象,放热或吸热由电流的大小来定。
Q=aTI上式中:Q为放热或吸热功率；a为温差电动势率；T为冷接点温度；I为工作电流。
基于帕尔帖效应原理，帕尔帖效应制冷也叫温差制冷。
半导体制冷技术的主要原理是基于帕尔贴效应。
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采用半导体制冷技术的太阳能LED照明系统散热方案设计类别：网文精粹采用半导体制冷技术的太阳能LED照明系统散热方案设计The radiation scheme design of solar energy LED lighting system based semiconductor refrigeration technology摘要：太阳能LED照明系统的发展在很大程度上受到了散热问题的影响，将半导体制冷技术应用于太阳能LED照明系统解决系统的散热问题是一个新思路。
本文在对半导体制冷技术原理分析的基础上，针对太阳能LED照明系统，采用基于微控制器的半导体制冷系统来解决散热问题。
实验证明，半导体制冷系统对解决太阳能LED照明系统散热问题具有良好的效果。
关键词：半导体制冷技术；太阳能LED照明；散热；方案设计Abstract：Presently, the development of solar energy LED lighting system has been great influenced by the radiation problem. Applying the semiconductor refrigeration technology to solve this problem is a creative new way.This paper carried an analysis of conductor technology theory, Designs the semiconductor refrigeration system using microcontroller to solve the solar energy LED lighting system radiation problem. The experiment shows that, the semiconductor refrigeration system in solving the radiation problem of solar energy LED lighting system achives very good effect.Keyword：Semiconductor refrigeration technology; the solar energy LED illuminate;Spread heat; the project design0.引言在世界能源短缺, 环境污染日益严重的今天,充分开发并利用太阳能是世界各国政府积极实施的能源战略之一。
太阳能LED照明系统的应用符合这一战略决策的发展趋势。
然而，LED照明系统的发展在很大程度上受到了散热问题的影响。
对于LED照明系统来讲，LED在工作过程中只能将一少部分的电能转化成光能，而大部分的能量被转化成了热能。
随着LED功率的增大，发热量增多，如果散热问题解决不好，热量集中在尺寸很小的芯片内，使得芯片内部温度越来越高。
当温度升高时将造成以下影响[1]：⑴工作电压减少；光强减少；光的波长变长。
⑵降低LED驱动器的效率、损伤磁性元件及输出电容器等的寿命，使LED驱动器的可靠度降低。
⑶降低LED的寿命，加速LED的光衰。
LED照明系统的散热问题已经成为制约该项技术发展的一个主要障碍。
目前，在解决LED照明系统的散热问题上主要采用的方法有：调整LED的间距；合理加大LED 与金属芯印制板间距离；打孔方式；安装风扇。
这些方法在实际应用中受到许多客观条件的影响，散热效果并不是很理想。
半导体制冷又称热电制冷[2],是利用半导体材料的Peltier效应。
当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的。
它是一种产生负热阻的制冷技术,其特点是无运动部件,可靠性也比较高。
利用半导体制冷的方式来解决LED照明系统的散热问题，具有很高的实用价值。
1.半导体制冷的工作原理1934年法国人帕尔帖发现：当电流流经两个不同导体形成的接点处会产生放热和吸热现象,放热或吸热由电流的大小来定。
Q=aTI上式中：Q为放热或吸热功率；a为温差电动势率；T为冷接点温度；I为工作电流。
基于帕尔帖效应原理，帕尔帖效应制冷也叫温差制冷。
半导体制冷技术的主要原理是基于帕尔贴效应。
半导体制冷是根据热电效应技术的特点,采用特殊半导体材料热电堆来制冷,能够将电能直接转换为热能,效率较高。
目前制冷器所采用的半导体材料最主要为碲化铋[3],加入不纯物经过特殊处理而成N型或P型半导体温差元件，它的工作特点是一面制冷一面发热。
根据量子理论，金属与半导体材料具有不同的能级、不同的接触电位差和不同的载荷体。
如图1所示，P型与N型半导体之间用金属板连接，另一端通过金属板构成图中电路，当合上电键k时，就会有图中的电流通过PN结，这样就会在半导体与金属板相连的上端形成帕尔帖冷效应，下端形成帕尔帖热效应[4]。
图1 半导体制冷基本原理图2.半导体制冷系统的设计2.1半导体制冷系统构成在半导体制冷系统中，制冷片采用TEC1-12703型温差电制冷组件，根据照明系统的特点，选用具有可视性、坚韧性、耐高温等特性的有机玻璃作为制冷器壁。
为了更好地解决太阳能LED照明系统的散热问题，利用控制器来有效的控制半导体制冷系统。
2.2半导体制冷控制器的组成与控制原理依据半导体制冷理论，在TEC（半导体制冷系统）两端施加一个直流电压就会产生一个直流电流，这会使TEC一端发热另一端制冷。
我们称发热的一端为“热端”，制冷的一端为“冷端”，把TEC两端的电压极性对调，电流将反向流动，“热端”与“冷端”也将互换。
TEC作为半导体制冷应用中的冷热源，其操作具有可逆性，既可以用来制冷，又可以用于制热。
针对解决太阳能LED照明系统散热问题的实际情况，我们选择高集成度的高性能单片机ADUC824作为控制核心，通过软件编程完成对半导体制冷器的控制。
ADUC824是AD公司推出的8051内核的高性能单片机，内部集成了两路（21位＋16位）A/D、12位D/A、FLASH、WDT、μP监控、温度传感器、SPI和I2C总线接口等丰富资源集成于一体，ADUC824体积小、功率低、具备在线编程调试功能，无须开发装置。
采用ADUC824作为半导体制冷控制器的核心，提高了设计的可靠性，同时大大简化了电路的设计。
半导体制冷的功率驱动采用H型（全桥式）电路，可以在单电源供电的条件下完成对负载的双向电流驱动，完成TEC制冷的操作，从而实现对目标的控制。
基于ADUC824的半导体制冷控制原理框图如图2所示[1]。
图2 半导体制冷控制原理框图2.3半导体制冷系统的设计模型由文章前面部分的分析可知：利用直流电通过PN结就可以使热量由高温物体传向低温物体，改变电流的流向就可以很方便的实现制冷和制热的转换。
用半导体制冷不用考虑因制冷剂泄漏而导致的环境污染问题，并且整个系统无焊接管路。
图3为半导体制冷系统的模型结构图。
它是由许多N型和P型半导体颗粒互相排列而成，而N-P之间以一般的导体相连接而形成一完整线路,通常是铜、铝或其他金属导体,最后用两片陶瓷片夹起来。
接通直流电源后,电子由负极(-)出发,首先经过P型半导体,在此吸收热量,到了N型半导体,又将热量放出,每经过一个N-P模组,就有热量由一边被送到另外一边，造成温差，从而形成冷热端。
图3 半导体制冷系统的模型结构图3.半导体制冷系统的特性分析3.1半导体制冷系统的优点：(1)尺寸小，重量轻，适合小容量、小尺寸的特殊的制冷环境。
(2)不使用制冷剂，故无泄漏，对环境无污染。
(3)无运动部件，因而工作时无噪声，无磨损，寿命长，可靠性高。
(4)半导体制冷系统参数不受空间方向的影响，即不受重力场影响，在航天航空领域中有广泛的应用。
(5 )作用速度快，工作可靠，使用寿命长，易控制，调节方便，可通过调节工作电流大小来调节制冷能力。
也可通过切换电流的方向来改变其制冷或供暖的工作状态。
基于以上特点可将其应用于解决太阳能LED照明系统的散热问题。
3.2半导体制冷系统的工作特性半导体制冷系统由热电堆、冷端换热器、热端换热器及控制器组成，其中热电堆是制冷器件。
由于热电堆是由多对电偶组成，且对电流而言，各电偶对是串联的；而对热流，各电偶对是并联的。
因此，分析热电堆的性能时，只需分析电偶对的制冷性能即可。
一对电偶的制冷量、电压、输出功率和制冷系数分别为[2]:其中Q为电偶对的制冷量（W）；I为工作电流（A）；K为电偶对的导热率（W/K）；T为冷热端温差（K）；R为电偶对的电阻（Ω）；A为电偶对的温差电势率（V/K）；Tc为电偶对冷端温度(K)。
4. 半导体制冷系统的散热效果早在20世纪50年代就曾经掀起过一股半导体制冷热潮。
但由于当时元件性能较差（即制冷系数太低）而未能进入实用化[5]。
半导体制冷材料和工艺是决定这一技术兴衰的关键，主要是提高半导体材料的优值系数。
优值系数Z是用来衡量半导体材料制冷性能的一个技术指标[6]，它决定制冷元件所能达到的最大温差。
优值系数越高，制冷性能越好，效率也越高。
优值系数主要由半导体材料的温差电动势率α、半导体材料的总导热系数k、电阻率r等参数决定，其公式为：随着载流子浓度的增大，温差电动势率α减小，而电阻率r也减小，总导热系数k与载流子浓度，使Z达到最大。
当载流子浓度接近1019cm-3时，半导体材料的优值系数最高。
半导体材料的优值系数Z是一个随温度而改变的函数，所以选择半导体材料时不仅要求其优值系数要尽可能大，而且还要求在使用温区内优值系数变化不大，且能始终保持较高值，并满足机械强度、耐热冲击、可焊接性及材料来源和造价等方面的要求。
尽量采用性价比较高的半导体材料来提高制冷能力。
5.仿真实验实验器材主要用：半导体制冷系统、太阳能LED照明系统、控制器、隔热板、温度传感器、温度采集仪器、计算机、导热硅胶等。
实验步骤和方法：将半导体制冷系统的冷端安装在太阳能LED照明系统内，把热端放在照明系统外部，使得它能与外部环境直接接触。
再在照明系统的内部安置一个温度传感器，控制器和温度采样仪器可以通过温度传感器实时得到照明系统内部的温度。
最后，将安装好半导体制冷系统和温度传感器的照明系统密闭好，目的是使其不受外界温度影响。
如图4所示，为该仿真实验的系统图。
先让照明系统工作30分钟，测得内部温度为69.3℃,这时让半导体制冷系统开始工作，经过15分钟的制冷，发现照明系统内部的温度降为39℃。
实验证明，半导体制冷系统能很好地解决太阳能LED照明系统的散热问题。
图4 实验系统图6.结论在过去的几十年里，半导体制冷材料及其器件的研究取得了很大的进展，该技术的商品化一直成为世界共同探讨的课题。