汽车太阳能空调的原理与构造探析

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节能环保

实现太阳能制冷主要有两条途径[1]：一是光热转换，以热制冷，如吸收式制冷、吸附式制冷；二是光电转换，以电制冷，如光电制冷、热电制冷。光电转换的制冷方法由于成本较高，实际推广和应用较少；以热制冷方式由于其相对廉价而备受青睐。太阳能制冷研究主要在三个方向上进行，即太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制冷，以这三种制冷方法为基础，或综合或增强，又延伸出一些新的制冷方法。其中吸收式制冷和喷射式制冷[2]都已经进入了应用阶段，吸附式制冷还处在研究阶段。下面对这三种制冷方法分别进行介绍。

一、汽车太阳能空调的原理简介

汽车太阳能空调是利用硅型太阳能电池吸收太阳光，太阳辐射能量的光谱，主要以可见光为中心，从0.3um 的近紫外线到几微米的红外线。光照射在半导体中存在内电场E 的位置，形成合电子－电子空穴对，在电场的作用下，导带中的光生电子聚集在右侧，价带中的电子空位聚集在左侧，产生荷电载体的极化，因此半导体的两侧产生电势差，将太阳能转化为电能，通过连接半导体制冷片使其工作。在半导体制冷片中，由于接触电位差的存在，使通过接头的电子经历电位突变，当接触电位差与外电场反向时，电子反抗电场力做功eU1，2，其能量来自接头处的晶体点阵，结果使接头温度下降，并从周围环境吸收热量，达到降低周围温度的效果。太阳能空调本身是一个具有自我调节能力的系统，其转化的能量与太阳光的强度成正比，即太阳光越强，它能转换的热能也越多。

二、太阳能电池简介

硅型太阳能电池工作原理与结构。太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体采用半导体硅组成。

正电荷为硅原子，负电荷为围绕在硅原子旁边的四个电子。空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。

同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。

N 型半导体中含有较多的空穴，而P 型半导体中含有较多的电子，这样，当P 型和N 型半导体结合在一起时，就会在接触面形这就是PN 结。

当晶片受光后，PN 结中，N 型半导体的空穴往P 型区移动，而P 型区中的电子往N 型区移动，从而形成从N 型区到P 型区的电流。然后在PN 结中形成电势差，这就形成了电源。

由于半导体不是电的良导体，电子在通过p －n 结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p －n 结，以增加入射光的面积。

另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。将反射损失减小到5％甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。

三、制冷部分

1.制冷片的组成材料。半导体制冷也称热电制冷，是从20世纪50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科。它利用特种半导体材料构成的P-N 结，形成热电偶对，产生帕尔帖效应，通过直流电制冷的一种新型制冷方式。

2.散热风扇的组成材料。散热风扇所使用的散热片材料是铝合金，铝的重量非常轻，因为纯铝太达于柔软，所以都会加入少量的其他金属，铸造而成为铝合金，以获得适当的硬度，不过铝还是占了约百分之九十八左右。

四、控制电路部分各元件简介：

（1）单片机－P89LPC922。P89LPC922是一款单片封装的微控制器，适合于许多要求高集成度、低成本的场合。可以满足多方面的性能要求。P89LPC922采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准80C51器件。P89LPC922集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。

（2）SP6641B －165mA/500mA 碱性DC/DC 升压型稳压器。SP6641一款DC-DC 升压调节器，其静态电流极低，电池转换效率很高，多用于一些电池供电的设备中，如PDA、MP3播放器，及其他手持式设备，SP6641静态电流为10uA，并具有一个0.3Ω的N 通道充电开关，最低启动电压为0.9V，并具有0.33A 或1.0A 感应电流限制模块。SP6641提供5引脚SOT-23封装。SHDN 引脚上1nA 电流的低电平，即可控制SP6641。

（3）温度传感器－LM75A。①LM75A 概述。LM75A 是一个高速I2C 接口的温度传感器，可以在-55℃～+125℃的温度范围内将温度直接转换为数字信号，并可实现0.125℃的精度。MCU 可以通过I2C 总线直接读取其内部寄存器中的数据，并可通过I2C 对4个数据寄存器进行操作，以设置成不同的工作模式。LM75A 有3个可选的逻辑地址管脚，使得同一总线上可同时连接8个器件而不发生地址冲突。

LM75A 可配置成不同的工作模式。它可设置成在正常工作模式下周期性地对环境温度进行监控，或进入关断模式来将器件功耗降至最低。OS 输出有2种可选的工作模式：OS 比较器模式和OS 中断模式，OS 输出可选择高电平或低电平有效。正常工作模式下，当器件上电时，OS 工作在比较器模式，温度阈值为80℃，滞后阈值为75℃。②LM75A 内部寄存器。温度寄存器是一个只读寄存器，包含2个8位的数据字节，由一个高数据字节（MS）和一个低数据字节（LS）组成。这两个字节中只有11位用来存放分辨率为0.125℃的Temp 数据（以二进制补码数据的形式）。对于8位的I2C 总线来说，只要从LM75A 的“00地址”连续读两个字节即可（温度的高8位在前）。

（4）I2C 串行接口。在主控器的控制下，LM75A 可以通过SCL 和SDA 作为从器件连接到I2C 总线上。主控器必须提供SCL 时钟信号，可以通过SDA 读出器件数据或将数据写入到器件中。注意：必须在SCL 和SDA 端分别连接一个外部上拉电阻，阻值大约为10kΩ。LM75A 从地址（7位地址）的低3位可由地址引脚A2、A1和A0的逻辑电平来决定。地址的高4位预先设置为‘1001’。表5给出了器件的完地址，从表中可以看出，同一总线上可连接8个器件而不会产生地址冲突。

五、汽车太阳能空调的优点

能源短缺与环境污染是目前人类面临的两大问题。因而开发新的节能，环保，经济型产品是时代的要求。而汽车太阳能空调就是顺应时代的产物。我设计的汽车太阳能空调主要有以下几个优点：（1）节约能源，节省资金。能源危机问题将影响我国经济快速健康的发展，发现新能源将是我们未来的解决方向，而太阳能就是其中的一种。（2）绿色环保。汽车太阳能半导体空调是利用太阳能电池转化的直流电来驱动半导体制冷片制冷而不会产生有害气体。而传统的汽车空调是利用燃烧汽油而获得电能来驱动的。（3）结构简单，便宜可行汽车太阳能空调主要由三部分组成：太阳能电池板，制冷部分，控制部分。综上可以得出一款汽车太阳能空调价格在3000元左右（4）便于安装使用。无论是新车还是旧车都可以方便的安装上汽车太阳能空调，我们只需将薄膜状的太阳能电池（国内外已有生产）贴在车的顶棚，然后将导线接入空调即可。

参考文献：

[1]沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].化学工业出版社.

[2]付百学.汽车空调原理与检修技术[M].中国电力出版社，2005，7.[3]徐德胜.半导体制冷与应用技术[M].上海交通大学出版社.

汽车太阳能空调的原理与构造探析

宋博欣

麦克斯（保定）汽车空调系统有限公司　河北　071000

摘　要：本文针对传统汽车空调耗油多、污染大的缺点，研究了新型节能的汽车太阳能空调的原理与构造。汽车太阳能空调主要由硅型太阳能电池、半导体制冷片、测量控制电路和散热器等器件组成。

关键词：汽车；太阳能空调；太阳能电池中图分类号：F407 文献标识码：A

第4卷　第19期2014年7月

文章被我刊收录，以上为全文。

此文章编码：2014J

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