半導體溫差發電模塊的應用

    在此，我們介紹一種新型的半導體溫差發電模塊,對其性能進行研究,並在此基礎上構建瞭一套小型發電系統,可利用煤灶、篝火等進行發電。並將發的電儲在蓄電池中，從而用以照明等。
   半導體溫度發電模塊，是一種利用溫差直接將熱能轉化為電能的全固態能量轉化發電裝置,它無需化學反應且無機械移動部分,因而具有無噪音,無污染,無磨損,重量輕,使用壽命長等種種優點。被廣泛地用於工業餘熱,廢熱的回收利用,航天輔助電力系統等。隨著能源的短缺及人們不斷提高的環境保護意識,特別是全球氣候變暖問題,半導體溫差發電技術以其各種優點越來越引起人們的關註。
   半導體溫差發電模塊是根據塞貝克效應制成的,即把兩種半導體的接合端置於高溫,處於低溫環境的另一端就可得到電動勢E:E=As$T=As(T2-T1)。式中:As為塞貝克系數,其單位為V K或LV K.塞貝克系數AS是由材料本身的電子能帶結構決定的。
   我們采用的半導體溫差發電模塊外形尺寸為40mm×40mm×4mm,共有127對PN結,具有一定的耐高溫特性(熱端穩定工作溫度可達180℃,最高短時沖擊溫度220℃),熱電轉化效率為11.7%。

我國是世界的產煤大國兼農業大國,在廣大的農村地區,人們利用煤灶或煤爐燒煤煮飯,取暖等。在北方農村,煤爐通常是24小時持續燃燒。我們利用上述溫差發電模塊研制發電系統,以便利用煤灶,爐的熱能產生電能給手機、蓄電池充電或直接帶動節能燈,低功耗電視等其它負載。這一發電系統也適用於野外探險時的篝火,從而解決無市電環境下的用電問題。
   基於溫差發電模塊組的盛水器裝置，我們設計的裝置是，用底部平整的盛水器,在其底部塗上導熱矽脂與溫差模塊的冷端保持良好的熱接觸(開水的溫度為100℃,所以冷端的溫度可維持在120℃～130℃)。模塊熱端向下緊貼在鋁片上(也使用導熱矽脂)。盛水器與鋁片用銷釘鎖緊以保持溫差模塊兩面與熱,冷源的緊密接觸。鋁片另外有兩個支柱用來調節與煤爐或其它熱源之間的距離,當熱
源溫度較高時可調大鋁片與熱源之間的空隙,從而使熱端溫度不高於200℃。
   我們采用電爐作為熱源,控制熱端溫度在180-200℃之間，開水沸騰後,測得模塊的冷端溫度在120～130℃之間,因而STM兩端溫差最低可維持50～60℃。

通過實驗，我們可以看出,半導體溫差發電模塊作為電源,其串並聯的情況與其它電源的串並聯並無本質區別。

新疆一科研所曾利用發電組件，制作瞭傢用爐灶（爐子燒的是山上的柴草）發電裝置。通過散熱片把發電組件固定在爐子壁上，冷面散熱采用空心的鋁板，讓山上的冰水從其中流過，散熱效果很好。能夠較好地保持發電組件兩面的溫差。發電效果不錯。

溫差發電原理是建立在帕爾貼效應的基礎上實現的，即當電流流經兩種不同材料的導體形成的接點時，接點處會產生放熱和吸熱(制冷)現象。放熱或吸熱依電流方向不同而改變，放熱或吸熱量大小則由電流大小來決定。溫差發電應用的是逆效應，當這種溫差發電組件的兩面有足夠量的溫差時(現在一面是 燭火的熱量，另一面是傳熱很好的散熱器即上方那塊鋁型材)，就會產生一定量的直流電，發出的直流電的大小與兩面溫差的大小有關，當然與溫差發電組件的規格也非常有關。雖然發出的電量很有限，但如果設計合理，是可以利用發出的電量同時給手機、GPS等用電設備充電、LED照明、聽收音機、或遇險時發出聲光求救信號的

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