أصبحت وحدة التبريد الكهروحرارية (TEC)، أو عنصر بلتييه، أو وحدة التبريد الكهروحرارية، بفضل مزاياها الفريدة كالتحكم الدقيق في درجة الحرارة، وانعدام الضوضاء والاهتزازات، وبنيتها المدمجة، تقنيةً أساسيةً في مجال إدارة الحرارة للمنتجات الكهروضوئية. ويرتبط استخدامها الواسع في مختلف الأجهزة الكهروضوئية ارتباطًا مباشرًا بأداء النظام وموثوقيته وعمره الافتراضي. فيما يلي تحليل معمق لسيناريوهات التطبيق الأساسية، والمزايا التقنية، واتجاهات التطوير:
1. سيناريوهات التطبيق الأساسية والقيمة التقنية
الليزر عالي الطاقة (ليزر الحالة الصلبة/أشباه الموصلات)
• خلفية المشكلة: إن الطول الموجي وتيار العتبة لثنائي الليزر حساسان للغاية لدرجة الحرارة (معامل الانحراف الحراري النموذجي: 0.3 نانومتر/درجة مئوية).
• وحدات TEC، وحدات توليد الطاقة الحرارية الكهربائية، عناصر بلتييه. الوظيفة:
قم بتثبيت درجة حرارة الشريحة في حدود ±0.1 درجة مئوية لمنع عدم دقة الطيف الناتج عن انحراف الطول الموجي (كما هو الحال في أنظمة الاتصالات DWDM).
قم بكبح تأثير العدسة الحرارية والحفاظ على جودة الشعاع (تحسين عامل M²).
• عمر افتراضي ممتد: لكل انخفاض في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، ينخفض خطر الفشل بنسبة 50٪ (نموذج أرهينيوس).
• السيناريوهات النموذجية: مصادر ضخ ليزر الألياف، ومعدات الليزر الطبية، ورؤوس ليزر القطع الصناعية.
2. كاشف الأشعة تحت الحمراء (نوع مبرد/نوع غير مبرد)
• خلفية المشكلة: يزداد الضجيج الحراري (التيار المظلم) بشكل كبير مع درجة الحرارة، مما يحد من معدل الكشف (D*).
• وحدة التبريد الكهروحرارية، وحدة بلتييه، عنصر بلتييه، جهاز بلتييه الوظيفة:
• التبريد بدرجة حرارة متوسطة ومنخفضة (-40 درجة مئوية إلى 0 درجة مئوية): تقليل فرق درجة الحرارة المكافئ للضوضاء (NETD) لمقاييس السعرات الحرارية الإشعاعية الدقيقة غير المبردة إلى 20%
3. الابتكار المتكامل
• وحدة التبريد الكهروحراري المدمجة في القنوات الدقيقة، وحدة بلتييه، وحدة التبريد الكهروحراري، جهاز بلتييه، وحدة التبريد الكهروحراري (تحسين كفاءة تبديد الحرارة بمقدار 3 مرات)، وحدة التبريد الكهروحراري ذات الغشاء المرن (تغليف جهاز الشاشة المنحنية).
4. خوارزمية التحكم الذكية
يقوم نموذج التنبؤ بدرجة الحرارة القائم على التعلم العميق (شبكة LSTM) بالتعويض عن الاضطرابات الحرارية مسبقًا.
توسيع نطاق التطبيقات المستقبلية
• البصريات الكمومية: التبريد المسبق بمستوى 4K لكاشفات الفوتون المفردة فائقة التوصيل (SNSPDS).
• شاشة الميتافيرس: قمع النقاط الساخنة المحلية لنظارات الواقع المعزز بتقنية Micro-LED (كثافة الطاقة >100 واط/سم²).
• علم الفوتونات الحيوية: الحفاظ على درجة حرارة ثابتة لمنطقة زراعة الخلايا في التصوير الحيوي (37±0.1 درجة مئوية).
تطور دور وحدات التبريد الكهروحرارية، ووحدات بلتييه، وعناصر بلتييه، وأجهزة بلتييه في مجال الإلكترونيات الضوئية من مجرد مكونات مساعدة إلى مكونات أساسية تحدد الأداء. ومع التطورات الهائلة في مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث، وهياكل الآبار الكمومية ذات الوصلات غير المتجانسة (مثل الشبكة الفائقة Bi₂Te₃/Sb₂Te₃)، والتصميم التعاوني لإدارة الحرارة على مستوى النظام، ستواصل وحدات التبريد الكهروحرارية تعزيز التطبيق العملي للتقنيات المتطورة مثل الاتصالات الليزرية، والاستشعار الكمومي، والتصوير الذكي. ومن المؤكد أن تصميم الأنظمة الكهروضوئية المستقبلية سيسعى إلى تحقيق التحسين الأمثل لخصائص درجة الحرارة الكهروضوئية على مستوى أدق.
تاريخ النشر: 5 يونيو 2025
