埃及科学家研制出采用热电冷却技术的光伏迷你冰箱
2024-10-28 16:27
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埃及研究人员制造并分析了一款使用热电元件 (TU) 进行冷却的太阳能迷你冰箱。本研究中的热电冷却器 (TEC) 利用了珀尔帖效应,电流通过串联的 p 型和 n 型半导体,冷却设备的一侧,同时加热另一侧。

“这项研究的主要目的是研究热电制冷机在不同运行环境下的效率,”学者们表示。“目标是通过使用可再生能源满足偏远地区居民的日常需求,而无需储存能源。我们将测试不同配置的珀尔帖元件以及光伏电池产生的不同电压,以控制目标温度。”

实验性制冷箱 (RB) 由一个外木箱和一个内不锈钢箱组成,中间用隔热泡沫隔开。默认系统包括四个 TU,每个 TU 包括一个由 NP 结半导体制成的珀尔帖单元,焊接到带有散热片和风扇的铜铝散热器上。风扇冷却 TU 的热侧并保持最佳运行。RB 的尺寸为 8 厘米 × 8 厘米 × 8 厘米,体积为 512 立方厘米。

研究人员使用电源模拟各种光伏容量和辐照度水平,施加 4 V 至 14 V 的电压来操作一至四个热电装置。他们在盒子里放了 0.25 升水,在 45 分钟的实验中每五分钟测量一次水的初始温度和最终温度。

科学家们表示:“使用四个珀尔帖装置、电压为 10 V、初始温度为 30.9 C、最终温度为 26.4 C,可以获得最佳冷却效果。最低性能系数 (COP) 为 11.2%,而使用一个电压为 4 V 的珀尔帖装置可获得最高 COP 为 77.3%。”

研究人员在 MATLAB Simulink 仿真中重建了实验模型,使用一台 4 V 的 Peltier 装置优化了 COP,实现了 71.089% 的 COP,与结果高度一致。他们还使用 MATLAB 仿真计算出,在埃及吉萨进行 8 小时运行,所需的辐照度水平在夏季为 149.5 W/m²,在冬季为 67.5 W/m²,在春季为 119.3 W/m²,在秋季为 118.3 W/m²。目标温度在夏季和春季设定为 20°C,在冬季和秋季设定为 15°C。

他们在最近发表在《科学报告》上的“基于太阳能光伏驱动的热电单元的迷你冰箱的 RSM 和 MATLAB 模型优化 COP ”中介绍了他们的研究成果。这项研究是由埃及国家研究中心和赫勒万大学的科学家进行的。

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