在此，我們介紹一種新型的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊,對(duì)其性能進(jìn)行研究,并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一套小型發(fā)電系統(tǒng),可利用煤灶、篝火等進(jìn)行發(fā)電。并將發(fā)的電儲(chǔ)在蓄電池中，從而用以照明等。

      半導(dǎo)體溫度發(fā)電模塊，是一種利用溫差直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)化發(fā)電裝置,它無需化學(xué)反應(yīng)且無機(jī)械移動(dòng)部分,因而具有無噪音,無污染,無磨損,重量輕,使用壽命長(zhǎng)等種種優(yōu)點(diǎn)。被廣泛地用于工業(yè)余熱,廢熱的回收利用,航天輔助電力系統(tǒng)等。隨著能源的短缺及人們不斷提高的環(huán)境保護(hù)意識(shí),特別是全球氣候變暖問題,半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)以其各種優(yōu)點(diǎn)越來越引起人們的關(guān)注。

      半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊是根據(jù)塞貝克效應(yīng)制成的,即把兩種半導(dǎo)體的接合端置于高溫,處于低溫環(huán)境的另一端就可得到電動(dòng)勢(shì)E:E=As$T=As(T2-T1)。式中:As為塞貝克系數(shù),其單位為V K或LV K.塞貝克系數(shù)AS是由材料本身的電子能帶結(jié)構(gòu)決定的。

      我們采用的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊外形尺寸為40mm×40mm×4mm,共有127對(duì)PN結(jié),具有一定的耐高溫特性(熱端穩(wěn)定工作溫度可達(dá)180℃,最高短時(shí)沖擊溫度220℃),熱電轉(zhuǎn)化效率為11.7%。

      我國(guó)是世界的產(chǎn)煤大國(guó)兼農(nóng)業(yè)大國(guó),在廣大的農(nóng)村地區(qū),人們利用煤灶或煤爐燒煤煮飯,取暖等。在北方農(nóng)村,煤爐通常是24小時(shí)持續(xù)燃燒。我們利用上述溫差發(fā)電模塊研制發(fā)電系統(tǒng),以便利用煤灶,爐的熱能產(chǎn)生電能給手機(jī)、蓄電池充電或直接帶動(dòng)節(jié)能燈,低功耗電視等其它負(fù)載。這一發(fā)電系統(tǒng)也適用于野外探險(xiǎn)時(shí)的篝火,從而解決無市電環(huán)境下的用電問題。

      基于溫差發(fā)電模塊組的盛水器裝置，我們?cè)O(shè)計(jì)的裝置是，用底部平整的盛水器,在其底部涂上導(dǎo)熱硅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(dǎo)熱硅脂)。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(gè)支柱用來調(diào)節(jié)與煤爐或其它熱源之間的距離,當(dāng)熱源溫度較高時(shí)可調(diào)大鋁片與熱源之間的空隙,從而使熱端溫度不高于200℃。

      我們采用電爐作為熱源,控制熱端溫度在180-200℃之間，開水沸騰后,測(cè)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(shí)驗(yàn)，我們可以看出,半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊作為電源,其串并聯(lián)的情況與其它電源的串并聯(lián)并無本質(zhì)區(qū)別。

新疆一科研所曾利用發(fā)電組件，制作了家用爐灶（爐子燒的是山上的柴草）發(fā)電裝置。通過散熱片把發(fā)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(fā)電組件兩面的溫差。發(fā)電效果不錯(cuò)。

     日本東芝公司開發(fā)溫差發(fā)電設(shè)備

     日本東芝公司最近公布，該公司已開發(fā)出一種利用溫差發(fā)電的設(shè)備。這種設(shè)備可將排放到大氣中的汽車尾氣、工廠排出的熱氣等進(jìn)行再利用。東芝計(jì)劃從２００５年起批量生產(chǎn)這種設(shè)備。

　　據(jù)本地媒體報(bào)道，這種設(shè)備的形狀為邊長(zhǎng)為４厘米的板狀正方形。其工作方式是其中一個(gè)面受熱，另一面采用汽車運(yùn)動(dòng)中的風(fēng)來冷卻，使發(fā)電組件兩面間存在溫差，通過內(nèi)置的半導(dǎo)體進(jìn)行發(fā)電。目前市場(chǎng)上銷售的其它公司生產(chǎn)的同類產(chǎn)品的耐熱性僅為200度，東芝的這種新產(chǎn)品則能承受汽車引擎排出的３００度以上的熱氣，并由此轉(zhuǎn)化為可供車內(nèi)使用的電力，實(shí)現(xiàn)廢氣再利用。

使用普通燃料或利用余熱熱源來發(fā)電：

      使用普通化石燃料作熱源以形成溫差發(fā)電器的實(shí)用系統(tǒng)，首推美國(guó)專為野外使用而生產(chǎn)的軍用電源。它們以各類軍隊(duì)常用的燃油燃燒產(chǎn)生的熱量為熱源轉(zhuǎn)換為供給戰(zhàn)場(chǎng)，尤其是前沿陣地各種電器設(shè)備的電能。由于在這些環(huán)境中低噪聲、能快速啟動(dòng)、能長(zhǎng)期連續(xù)工作、易攜帶、維護(hù)方便、后勤保障便利等，是使用方首要的考慮，在這些方面，溫差電轉(zhuǎn)換發(fā)電器大大優(yōu)于常用的內(nèi)燃式驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和化學(xué)蓄電池。1988年美國(guó)生產(chǎn)了一種外型41.2cmX42.2cmX27.3cm的燃燒式溫差發(fā)電器。該設(shè)備的發(fā)電元件由120對(duì)熱電偶組成,可使用多種軍用燃油,一次裝載后能連續(xù)工作12小時(shí),產(chǎn)生13.1V直流電壓,向負(fù)載提供120W的電功率。

       隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，以及對(duì)傳統(tǒng)能源未來中間匱缺的擔(dān)心，充分利用余熱發(fā)電的技術(shù)手段日益受到關(guān)注。2003年黎巴嫩大學(xué)的學(xué)者將溫差電發(fā)電器的熱端與該國(guó)的一種做飯用的火爐外壁連接，冷端置于空氣中，利用爐壁的高溫與環(huán)境的溫差來發(fā)電。其實(shí)驗(yàn)中所使用的溫差電元件即產(chǎn)自中國(guó)，因?yàn)橹袊?guó)的元件性價(jià)比最高，該設(shè)備實(shí)驗(yàn)中單片元件可產(chǎn)生4W的電功率。中國(guó)目前已成為世界上最大的溫差電元件生產(chǎn)出口國(guó)，這為我國(guó)未來溫差電的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

       我們只是拋磚引玉，為大家進(jìn)一步開發(fā)出更多更好的溫差發(fā)電器，提供參考。

注意：

#發(fā)電組件的兩面達(dá)到溫差60度時(shí)，電壓3.5伏，電流3安。若溫差在0—60度之間，電壓在0—3.5V之間變化，電流在0—3A之間變化。

#安裝時(shí)發(fā)電組件兩面都要加上金屬散熱片，能保證組件的熱面均勻受熱，冷面要有很好的散熱條件，如：風(fēng)冷、水冷等方式。

#使用時(shí)，熱面溫度不能超過200度。