本发明涉及一种沙漠野营房用光伏半导体供冷供热系统及其工作方法，属于太阳能利用、供暖空调技术领域。
技术背景
野营房是野外生产作业队伍必不可少的住宿、生活及办公设施，广泛应用于油田、矿区、电力建设等各种场合，常在沙漠、戈壁、矿山等复杂地形和严酷气候条件下使用。中国西部特别是塔克拉玛干沙漠地区是石油开发、地质勘探开发的重点地区，该地区的气候特点是冬冷夏热、气温变化快、降水稀少、风沙剧烈、空气含尘量高，太阳能资源十分丰富。在这种气候条件下，野营房的供暖及降温是保证一线工人正常生活工作的必要措施，而且具有独特的技术要求。
目前，沙漠野营房供暖和降温的技术措施一般特点为：为了适应野营房分散布置及频繁搬迁的特点，一般采用分散式供暖和供冷形式；供暖和供冷设备单独设置，冬季使用散热器供暖，夏季使用分体式空调器供冷或风扇降温；设置于室外的分体式空调器的冷凝器极易积累沙尘，设置于室内的蒸发器和散热器也易积累灰尘，易造成设备工作效率降低甚至损坏，因此应采用具有防沙尘功能的装置；供暖和空调设备的能源一般由电力、天然气或者蒸汽提供，所用的电能一般利用自备电站或发电机生产，消耗天燃气、柴油等常规化石能源。
综上，尽管现有技术能在一定程度上解决沙漠地区野营房供暖和降温问题，然而，仍有以下问题亟待解决：（1）沙漠地区具有太阳能利用的极佳条件，但目前大多使用常规能源来供暖和供冷，充分利用当地丰富太阳能资源的供暖供冷系统有待开发；（2）防尘装置不仅降低了设备工作效率，而且增加了维护和清理沙尘的工作量，避免积尘及高效清灰措施有待改进；（3）散热器和空调器占用较多的野营房空间，兼具供暖和供冷功能的一体化设备有待开发；（4）为了适应野营房频繁搬迁的需要，供暖供冷系统的轻便性有待提高；（5）野营房供暖供冷系统的控制程度亟待提升，自动调温、自动控制等功能有待加强。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明基于太阳能光伏发电、半导体制冷制热、自动控制等原理，提供一种沙漠地区野营房用光伏半导体供暖供冷系统及其工作方法，该光伏半导体供冷供热系统具有太阳能电源驱动、供冷供热双工况、供热供冷速度快、便于清灰除尘、自动控制等特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种沙漠野营房用光伏半导体供冷供热系统，它包括半导体供冷供热单元，它还包括光伏发电系统和自动控制系统；所述半导体供热供冷单元包含半导体片、室内侧散热板、室外侧散热板、水管、保温层、外壳；所述半导体片包含n型半导体和p型半导体，半导体片的两端涂抹导热硅脂后，分别与室内侧散热板及室外侧散热板连接；在室内侧散热板和室外侧散热板之间的空隙处填充保温层；所述室内侧散热板为表面光滑的平板结构；所述室外侧散热板为水冷散热板结构，水管与生活水箱内的换热器闭式连接；室外侧散热板与外壳之间填充保温材料；所述光伏发电系统包含太阳能电池板、光伏控制器、蓄电池、导线、电流换向开关和半导体电源开关；所述太阳能电池板经导线与光伏控制器电连接；所述光伏控制器与蓄电池电连接，所述光伏控制器还经电流换向开关与电流调节器电连接；所述电流换向开关经半导体电源开关与半导体片电连接；所述自动控制系统包含室内空气温度传感器、室内侧散热板表面温度传感器、室外侧散热板表面温度传感器、单片机模块、电流调节器、led显示屏；所述室内空气温度传感器、室内侧散热板表面温度传感器、室外侧散热板表面温度传感器的输出端与单片机模块连接；单片机模块与所述电流调节器连接；所述室内空气温度传感器、室内侧散热板表面温度传感器、室外侧散热板表面温度传感器实时监测室内空气温度、室内侧散热板表面温度、室外侧散热板表面温度值并传送给单片机模块，单片机模块根据室内空气温度与设定室内空气温度的差值进行分析，并将分析决策信号传递给电流调节器调节电流的大小，从而调节制冷量和制热量；所述led显示屏与单片机模块连接，led显示屏显示当前室内空气温度、室内侧散热板表面温度、室外侧散热板表面温度值。
所述的一种沙漠野营房用光伏半导体供冷供热系统的工作方法：
（a）当房间需要供冷时，通过电流换向开关将半导体供热供冷单元调至制冷模式，使半导体片的冷端面向室内。光伏发电系统根据所产生电能的充足程度调节供电模式；当太阳能充足时，由太阳能电池板产生的直流电直接向半导体供热供冷单元供电，并将富余的电量储存在蓄电池中；当太阳能不充足时，由太阳能电池板和蓄电池联合供电或由蓄电池供电。打开半导体电源开关，半导体片开始通电工作，半导体片的冷端将冷量传导给室内侧散热板向室内供冷，室内侧散热板的表面温度不低于室内空气的露点温度，且满足辐射供冷表面平均温度下限值；与半导体片热端连接的室外侧散热板升温，利用水管中的循环冷却水为室外侧散热板散热，水管中的冷却水吸收室外侧散热板热量后输送到水箱内的换热器，加热水箱中的水以提供洗浴热水；室内空气温度传感器、室内侧散热板表面温度传感器、室外侧散热板表面温度传感器将实时监测的室内空气温度值、室内侧散热板壁面温度值、室外侧散热板壁面温度值传送给单片机模块，单片机模块根据室内空气温度与设定室内空气温度差值的大小，使电流调节器改变工作电流的大小，从而调节半导体供热供冷单元的制热量；同时，led屏幕上的绿灯亮起，表示半导体供冷供热单元处于工作状态；led屏幕上显示室内空气温度值、室内侧散热板表面温度值、室外侧散热板表面温度值、蓄电池的电量；当房间不需供冷时，关闭半导体电源开关。
（b）当房间需要供暖时，首先将制冷模式转换为制热模式，必须关掉半导体电源开关，等待室内侧散热板和室外侧散热板的温度恢复到室温后再启动；通过电流换向开关将半导体供热供冷单元调至制热模式，即改变流经半导体片的电流方向，使半导体片的热端面向室内。光伏发电系统根据所产生电能的充足程度调节供电模式；当太阳能充足时，由太阳能电池板产生的直流电直接向半导体供热供冷单元供电，并将富余的电量储存在蓄电池中；当太阳能不充足时，由太阳能电池板和蓄电池联合供电或由蓄电池供电。打开半导体电源开关，半导体片通电工作，半导体片的热端将热量传导给室内侧散热板向室内供热，室内侧散热板表面温度不超过70℃；与半导体片冷端连接的室外侧散热板温度下降，为防止室外侧散热板产生结露，保持室外侧散热板表面温度不低于室内空气的露点温度，水管中的冷却水不循环或者放空；室内空气温度传感器、室内侧散热板表面温度传感器、室外侧散热板表面温度传感器将实时监测的室内空气温度值、室内侧散热板壁面温度值、室外侧散热板壁面温度值传送给单片机模块，单片机模块根据室内空气温度与设定室内空气温度差值的大小，使电流调节器改变工作电流的大小，从而调节半导体供热供冷单元的制热量；同时，所述led屏幕上的绿灯亮起，表示半导体供冷供热单元1处于工作状态，led屏幕上显示室内空气温度值、室内侧散热板表面温度值、室外侧散热板表面温度值、蓄电池的电量；当房间不需供暖时，关闭半导体供热供冷单元的电源开关。
本发明具有如下效果和益处：（1）利用沙漠地区丰富的太阳能资源满足供冷供热所需电力，节省化石能源和运行费用；（2）半导体供冷供热单元具有冬季供暖和夏季供冷两种用途，而且供热供冷速度快，适合需要快速将房间温度处理至设定范围的野营房；（3）夏季供冷模式能够通过室外侧水冷散热板回收热量并提供生活洗浴热水；（4）半导体供冷供热单元不易积尘，便于清灰，而且以辐射换热向室内供冷供热，避免对流换热或通风导致室内扬尘，改善室内卫生条件及人体热舒适性；（5）半导体供冷供热单元结构紧凑、体积小、重量轻、易于拆装、便于搬迁，而且无机械运动部件，损耗小，维修费用低；（6）自动控制便捷，能够通过电流的调节实现温度控制，并保证系统安全运行。
总之，本发明提供的光伏半导体供冷供热系统及其工作方法不仅在沙漠野营房，而且在矿山、戈壁等自然条件恶劣的地区具有广阔的应用空间和前景。
附图说明
图1是一种沙漠野营房用光伏半导体供冷供热系统原理图。
图2是半导体供冷供热单元的主要构件分解图。
图3是半导体供冷供热单元的结构剖视图。
图4是一种沙漠野营房用光伏半导体供热供冷系统的控制系统原理框图。
图5是一种沙漠野营房用光伏半导体供热供冷系统布置示意图。
图中：1、半导体供冷供热单元，1.1、半导体片，1.2、室内侧散热板，1.3、室外侧散热板，1.4、水管，1.5、保温层，1.6、外壳，1.7、水箱，2、光伏发电系统，2.1、太阳能电池板，2.2、光伏控制器，2.3、蓄电池，2.4、导线，2.5、电流换向开关，2.6、半导体电源开关，3、自动控制系统，3.1、室内空气温度传感器，3.2、室内侧散热板表面温度传感器，3.3、室外侧散热板表面温度传感器，3.4、单片机模块，3.5、电流调节器，3.6、led显示屏。
具体实施方式
如图1-4所示，所述沙漠野营房用光伏半导体供冷供热系统包括半导体供冷供热单元1、光伏发电系统2和自动控制系统3。所述半导体供热供冷单元1包含半导体片1.1、室内侧散热板1.2、室外侧散热板1.3、水管1.4、保温层1.5、外壳1.6；所述半导体片1.1由n型半导体和p型半导体组成，半导体片1.1的两端涂抹导热硅脂后，分别与室内侧散热板1.2及室外侧散热板1.3连接；所述室内侧散热板1.2及室外侧散热板1.3采用导热性能及防腐耐蚀性能好的铝、铝合金、镀锌钢板或陶瓷材料；在室内侧散热板1.2和室外侧散热板1.3之间的空隙处填充保温层1.5，阻隔热端向冷端传热；所述室内侧散热板1.2为表面光滑的平板结构，主要以辐射方式与室内空气及房间其他壁面进行换热；所述室外侧散热板1.3为水冷散热板结构，水管1.4与水箱1.7内的换热器闭式连接；室外侧散热板1.3与外壳1.6之间填充保温材料；半导体供热供冷单元1进行密封处理，外壳1.6的材料要求轻质、坚固、表面光滑；所述光伏发电系统2包含太阳能电池板2.1、光伏控制器2.2（型号为sd1230）、蓄电池2.3、导线2.4、电流换向开关2.5和半导体电源开关2.6；所述太阳能电池板2.1经导线2.4与光伏控制器2.2电连接；所述光伏控制器2.2与蓄电池2.3电连接，所述光伏控制器2.2还经电流换向开关2.5与电流调节器3.5（型号为rm00-v1）电连接；所述电流换向开关2.5经半导体电源开关2.6与半导体片1.1电连接，所述光伏发电系统2还与室内空气温度传感器3.1、室内侧散热板表面温度传感器3.2、室外侧散热板表面温度传感器3.3、单片机模块3.4（型号为msp430）、led显示屏3.6电连接。所述自动控制系统3包含室内空气温度传感器3.1、室内侧散热板表面温度传感器3.2、室外侧散热板表面温度传感器3.3、单片机模块3.4、电流调节器3.5、led显示屏3.6；所述室内空气温度传感器3.1、室内侧散热板表面温度传感器3.2、室外侧散热板表面温度传感器3.3的输出端与单片机模块3.4连接；单片机模块3.4与所述电流调节器3.5连接；所述室内空气温度传感器3.1、室内侧散热板表面温度传感器3.2、室外侧散热板表面温度传感器3.3实时监测室内空气温度、室内侧散热板表面温度、室外侧散热板表面温度值并传送给单片机模块3.4，单片机模块3.4根据室内空气温度与设定室内空气温度的差值进行分析，并将分析决策信号传递给电流调节器3.5调节电流的大小，从而调节制冷量和制热量；所述led显示屏3.6与单片机模块3.4连接，led显示屏3.6显示当前室内空气温度、室内侧散热板表面温度、室外侧散热板表面温度值。
如图5所示，半导体供热供冷单元1能够挂装在墙壁上或吊装在天花板上，根据房间负荷需求能够进行多个半导体供热供冷单元1并联组合，太阳能电池板2敷设在屋顶，电流换向开关2.5和半导体电源开关2.6布置在易于操作处。
实施例1
当房间需要供冷时，通过电流换向开关2.5将半导体供热供冷单元1调至制冷模式，使半导体片1.1的冷端面向室内。光伏发电系统2根据所产生电能的充足程度调节供电模式；当太阳能充足时，由太阳能电池板2.1产生的直流电直接向半导体供热供冷单元1供电，并将富余的电量储存在蓄电池2.3中；当太阳能不充足时，由太阳能电池板2.1和蓄电池2.3联合供电或由蓄电池2.3供电。打开半导体电源开关2.6，半导体片1.1开始通电工作，半导体片1.1的冷端将冷量传导给室内侧散热板1.2向室内供冷，室内侧散热板1.2的表面温度不低于室内空气的露点温度，且满足辐射供冷表面平均温度下限值；与半导体片1.1热端连接的室外侧散热板1.3升温，利用水管1.4中的循环冷却水为室外侧散热板1.3散热，水管1.4中的冷却水吸收室外侧散热板1.3热量后输送到水箱1.7内的换热器，加热水箱1.7中的水以提供洗浴热水；室内空气温度传感器3.1、室内侧散热板表面温度传感器3.2、室外侧散热板表面温度传感器3.3将实时监测的室内空气温度值、室内侧散热板壁面温度值、室外侧散热板壁面温度值传送给单片机模块3.4（型号为msp430），单片机模块3.4根据室内空气温度与设定室内空气温度差值的大小，使电流调节器3.5（型号为rm00-v1）改变工作电流的大小，从而调节半导体供热供冷单元1的制冷量；同时，led屏幕3.6上的绿灯亮起，表示半导体供冷供热单元1处于工作状态；led屏幕3.6上显示室内空气温度值、室内侧散热板表面温度值、室外侧散热板表面温度值、蓄电池的电量；当房间不需供冷时，关闭半导体电源开关2.6。
实施例2
当由供冷模式转换为供热模式时，必须首先关掉半导体电源开关2.6，等待室内侧散热板1.2和室外侧散热板1.3的温度恢复到室温后再启动；通过电流换向开关2.5将半导体供热供冷单元1调至制热模式，即改变流经半导体片1.1的电流方向，使半导体片1.1的热端面向室内。光伏发电系统2根据所产生电能的充足程度调节供电模式；当太阳能充足时，由太阳能电池板2.1产生的直流电直接向半导体供热供冷单元1供电，并将富余的电量储存在蓄电池2.3中；当太阳能不充足时，由太阳能电池板2.1和蓄电池2.3联合供电或由蓄电池2.3供电。打开半导体电源开关2.6，半导体片1.1通电工作，半导体片1.1的热端将热量传导给室内侧散热板1.2向室内供热，室内侧散热板1.2表面温度不超过70℃；与半导体片1.1冷端连接的室外侧散热板1.3温度下降，为防止室外侧散热板1.3产生结露，保持室外侧散热板1.3表面温度不低于室内空气的露点温度，水管1.4中的冷却水不循环或者放空；室内空气温度传感器3.1、室内侧散热板表面温度传感器3.2、室外侧散热板表面温度传感器3.3将实时监测的室内空气温度值、室内侧散热板壁面温度值、室外侧散热板壁面温度值传送给单片机模块3.4（型号为msp430），单片机模块3.4根据室内空气温度与设定室内空气温度差值的大小，使电流调节器3.5（型号为rm00-v1）改变工作电流的大小，从而调节半导体供热供冷单元1的制热量；同时，所述led屏幕3.6上的绿灯亮起，表示半导体供冷供热单元1处于工作状态，led屏幕3.6上显示室内空气温度值、室内侧散热板表面温度值、室外侧散热板表面温度值、蓄电池的电量；当房间不需供暖时，关闭半导体电源开关2.6。
本发明的技术特点之一为：利用光伏发电系统为半导体供冷供热单元、自控系统提供所需电力，节省石化能源和运行费用；本发明的技术特点之二为：基于半导体供冷供热原理提出的半导体供冷供热单元具有冬季供暖和夏季供冷用途，并利用水冷散热板提供夏季洗浴热水，所述的半导体供冷供热单元通过改变电流方向就能够实现供冷供热模式切换，操作简单方便，而且供热供冷速度快；本发明的技术特点之三为：所述的半导体供冷供热单元不易积尘，便于清灰，而且以辐射换热向室内供冷供热，避免对流换热或通风导致室内扬尘，改善室内卫生条件及人体热舒适性；本发明的技术特点之四为：所述的光伏半导体供冷供热系统利用传感器、led屏幕显示等技术对温度进行监测和提示，并能够通过电流的调节实现温度控制；本发明的技术特点之五为：所述的光伏半导体光伏半导体供冷供热系统可以取代采暖设备和分体式空调器安装在野营房内，不用改变野营房的构造，节省设备所占空间，便于搬迁。