温差发电技术与参数

温差发电片
温差发电片发电是一种新型的发电方式，即利用塞贝克效应将热能直接转换为电能：
P型和N型结合的半导体元件组成的器件的一侧维持在低温，另一侧维持在高温，这样器件高温侧就会向低温侧传导热能并产生热流。

即热能从高温侧流入器件内，通过器件将热能从低温侧排出时，流入器件的一部分热能不放热，并在器件内变成电能，输出直流电压和电流。

通过连接多个这样的器件便可获得较大的电压。

该器件即为目前应用日益广泛的温差发电片。

由半导体温差发电片制造的半导体发电机有着无噪音、寿命长、性能稳定等特点，同时体积小，重量轻，便于携带，成为了一种应用广泛的便携电源。

目前主要
用于油田、野外、军事等领域，同时越来越多地应用于小家电制造、仪器仪表、玩具及旅游业等行业。

随着现代社会保护环境、节约能源的呼声越来越高、人们更多地在考虑如何有效地将太阳热、海洋热、地热、工业废热、燃烧垃圾的发热等地球上各种热源产生的热能转化为电能。

因此半导体温差发电技术必将得到更广泛的应用。

温差发电片外形尺寸62*62*3.6MM.开路电压18V，电流600MA，负载电压12V，负载电流600MA。

耐高温180度，温差100度。

温差发电片外形尺寸40*40*3.6MM.开路电压8V，电流600MA，负载电压4V，负载电流600MA。

耐高温180度，温差100度。

温差发电组外形尺寸62*62*4.9MM.开路电压8V，电流1.2A，负载电压4V，负载电流1A。

耐高温180度，温差100度。

米合温差发电组，输入温度100-180度，（温差100度左右，）输出电压6-7V，电流600MA.。

温差发电技术研究综述
温差发电技术研究综述
温差发电技术是一种以温差能作为能源转化为电能的可再生能源技术。

它利用温度差和流体的性质，将温度差转化为电能，从而获取电能。

近几年来，温差发电技术受到了越来越多的关注，研究者们都在积极
的研究这项技术，并取得了一些重要的成果。

温差发电技术有多种不同的实现方式，其中最常用的是温差热泵、温
差热电联产、温差热电发电、温差热电膜、温差热电动力系统等。

温
差热泵是一种将温差能转化为机械能的装置，它利用热泵原理将低温
热源中的热能转移到高温热源，从而获得机械能，再将机械能转换为
电能。

温差热电联产是将温差能直接转化为电能的装置，它将一个温
差热电膜的温度差和电压差用于直接产生电能。

温差热电发电利用温
度差来产生电势差，从而将温差能转换为电能。

温差热电膜利用温度
差来控制流体的流动和压力，从而产生电能。

温差热电动力系统利用
温度差产生动能，从而转换为电能。

综上所述，温差发电技术是一种具有前景的可再生能源技术，它能够
将温差能转化为电能，有效地利用这种可再生能源，从而节省能源和
环境保护。

温差发电技术及其一些应用来源：能源技术2009-5-121 温差发电的原理温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应（Seebeck Effect），将热能转换成电能的一种技术。

由两种不同类型的半导体构成的回路如图1，当装置的一端处于高温状态另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势：ε = αs （T1-T2）（1）式中：T1为低温度端温度，K；T2为高温端温度，K；αs为所用热电转换材料的塞贝克系数，V/K。

图1 温差发电原理图（点击图片放大）在应用时多个PN结串联起来，构成一个热电转换模块（见图2），目前已有产品面市。

例如图3为Hi-z公司生产的热电转换模块系列，该模块系列能在-20℃到300℃的温度范围内有效地进行热电转换，输出功率为2.5~19W，负载电压为1.65~3.30V。

图2 热电模块结构示意图（点击图片放大）图3 Hi-z生产的热电转换模块系列（点击图片放大）2 热电材料的研究进展热电转换模块转换的效率很大程度上决定于其组成材料的性能，温差发电的电动势不但取决于材料的塞贝克系数α，而且和高低温端间的温差△T和有关，s从而与材料的导热有关，另外输出电流还与材料的导电率有关，所以常用热电转换材料的优值Z评价材料的热电性能：Z=（αs）2σ/λ （2）式中：αs为塞贝克系数，σ为电导率，λ为热导率。

Z的量纲为K-1，研究分析中优值又常采用优值Z和工作温度T的无量纲ZT 表征。

提高材料的优值是研究开发高效热电转换材料的主要方向，通常有以下几种途径：①选择最佳载流子度；②提高载流子迁移率与晶格热导率的比；③改变晶体取向；④改变颗粒尺度使颗粒间既能导电同时声子散射又比较显著，促使颗粒定向分布；⑤选择最佳的工作温度及材料的禁带宽度。

已有的研究资料表明，在室温下热电转换材料的优值只要能大于3，热电效率就可以达到令人较满意的水平并可以推广应用。

目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面。

温差发电技术与参数温差发电是一种合理利用余热、太阳能、地热等低品位能源转换成为电能的有效方式。

温差发电具有结构简单，坚固耐用，无运动部件，无噪音等特点。

目前在国外已广泛研究。

使用普通化石燃料作热源以形成温差发电器的实用系统首推美国专为野外使用而发展的军用电源。

它们以各类军队常用的燃油燃烧产生的热量为热源转换为供给战场、尤其是前沿阵地各种电器设备的电能。

由于在这些环境中低噪声、能快速启动、能长期连续工作、易携带、维护方便、后勤保障便利等是使用方首要的考虑，在这些方面，温差电转换发电器大大优于常用的内燃式驱动发电机和化学蓄电池。

1988年美国生产了一种外型尺寸为41.2cmX42.2cmX27.3cm的燃烧式温差发电器,该设备的发电元件由120对热电偶组成,可使用多种军用燃油,一次装载后连续工作12小时,产生13.1V直流电压,向负载提供120W的电功率。

2温差电技术的应用随着环保意识的加强以及对传统能源未来匮缺的担心，充分利用余热发电的技术手段日益受到关注。

2003年黎巴嫩大学的学者将温差电发电器的热端与该国的一种做饭用的火炉外壁连接，冷端置于空气中，利用炉壁的高温与环境的温差来发电。

其实验中所使用的温差电元件即产自中国，因为中国的元件性价比最高，该设备实验中单片元件可产生4W的电功率。

中国目前已成为世界上最大的温差电元件生产出口国，这为我国未来温差电的广泛应用打下了坚实的基础。

2.2太阳能和地热能热源太阳能和地热能是新能源体系的主要组成部分，它们无污染，而且可以认为是无匮缺的长期资源。

太阳能利用最为方便的形式是集热，通过集热后产生的温差即可用于发电。

2004年泰国学者通过利用置于屋顶的铜板吸收太阳能集热升温与环境之间的温差发电带动轴流风机引导屋顶空气自然对流从而达到给屋顶降温的效果。

2.3放射性同位素热源对于需要长时间不间断供电而且无须人工维护的应用，温差电转换发电是一种较为理想的选择。

所剩下的主要问题就是要寻找一个同样是体积小、寿命长的相应热源。

温差发电技术及其一些应用来源：能源技术2009-5-121 温差发电的原理温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应（Seebeck Effect），将热能转换成电能的一种技术。

由两种不同类型的半导体构成的回路如图1，当装置的一端处于高温状态另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势：ε = αs （T1-T2）（1）式中：T1为低温度端温度，K；T2为高温端温度，K；αs为所用热电转换材料的塞贝克系数，V/K。

图1 温差发电原理图（点击图片放大）在应用时多个PN结串联起来，构成一个热电转换模块（见图2），目前已有产品面市。

例如图3为Hi-z公司生产的热电转换模块系列，该模块系列能在-20℃到300℃的温度范围内有效地进行热电转换，输出功率为2.5~19W，负载电压为1.65~3.30V。

图2 热电模块结构示意图（点击图片放大）图3 Hi-z生产的热电转换模块系列（点击图片放大）2 热电材料的研究进展热电转换模块转换的效率很大程度上决定于其组成材料的性能，温差发电的电动势不但取决于材料的塞贝克系数α，而且和高低温端间的温差△T和有关，s从而与材料的导热有关，另外输出电流还与材料的导电率有关，所以常用热电转换材料的优值Z评价材料的热电性能：Z=（αs）2σ/λ （2）式中：αs为塞贝克系数，σ为电导率，λ为热导率。

Z的量纲为K-1，研究分析中优值又常采用优值Z和工作温度T的无量纲ZT 表征。

提高材料的优值是研究开发高效热电转换材料的主要方向，通常有以下几种途径：①选择最佳载流子度；②提高载流子迁移率与晶格热导率的比；③改变晶体取向；④改变颗粒尺度使颗粒间既能导电同时声子散射又比较显著，促使颗粒定向分布；⑤选择最佳的工作温度及材料的禁带宽度。

已有的研究资料表明，在室温下热电转换材料的优值只要能大于3，热电效率就可以达到令人较满意的水平并可以推广应用。

目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面。

温差发电原理温差发电被广泛应用于可再生能源领域。

它利用温度差异产生的热量转化为电能，成为一种可持续的能源转换方式。

本文将探讨温差发电的原理及其应用。

一、温差发电原理基于热电效应，该效应是指当两个不同温度的导体连接在一起时，会产生一个由温度差异驱动的电势差。

这个现象被称为“塞贝克效应”。

塞贝克效应的原理可以通过简单的示意图来描述。

设想有两个导体条，一个温度较高，一个温度较低。

当两个导体接触时，高温导体的热能会通过传导转移到低温导体中。

由于两个导体具有不同的电导率，高温导体中的电子会受到更多的激发而移动得更频繁。

这导致高温导体上部分电子转移到低温导体上，而低温导体上的电子则更少。

这种电子的转移导致了两个导体之间产生电势差，从而产生了电流。

利用塞贝克效应，可以设计出温差发电装置。

一般来说，这种装置由两个热电材料组成，它们具有不同的导电特性。

这两个材料通常被称为“热端”和“冷端”。

在温差发电装置中，热端与热源接触，而冷端与冷源接触。

当热端与热源接触时，热能通过传导、对流或辐射的方式从热源传递到热端。

热端材料中的电子因受到更多的激发而运动更频繁，从而产生了电子流。

这个过程使得电子从热端流向冷端，从而产生了电势差和电流。

二、温差发电应用1. 垂直温差发电垂直温差发电是一种利用地球自然温度差异产生电能的技术。

地球内部的温度较高，而地表温度较低，温差发电可以利用这一差异。

该技术可以应用于地下热能利用、地热发电等领域。

2. 太阳能温差发电太阳能温差发电是利用阳光辐射热量和环境温度之间的差异来产生电能。

该技术可以应用于太阳能热发电、太阳能热水器等领域。

3. 工业余热利用在工业生产过程中，会产生大量的余热。

利用温差发电技术，可以将这些余热转化为电能，实现能源的回收和利用。

4. 电子设备散热利用电子设备在工作过程中会产生热量，通过温差发电技术，可以将这些热量转化为电能，为电子设备提供一部分电力需求。

5. 生物质发电温差发电技术可以应用于生物质发电过程中的余热利用，实现能源的高效利用。

小型温差发电技术研究小型温差发电技术是一种新型的能源利用技术，通过利用热源与冷源之间的温差，将热能转化为电能。

相对于传统的发电方式，小型温差发电技术具有体积小、无污染、可持续等特点，被广泛应用于微型电力设备、无线传感器网络等领域。

小型温差发电技术主要包括热电转换和热机转换两种方式。

热电转换主要利用热电效应将温差转化为电能，热机转换则是利用温差驱动热机工作，再通过机械转动产生电能。

目前，热电转换技术更为成熟，已经有商业化产品问世，而热机转换技术仍处于实验室研究阶段。

热电转换是小型温差发电技术的核心。

热电效应是指在两个不同温度的材料接触面上，由于温度差异引起的电势差。

根据热电材料的类型，可以分为热电偶和热电材料两种类型。

热电偶是由两种不同材料组成的，一端暴露在高温环境中，一端暴露在低温环境中，通过电路连接起来，产生电势差。

而热电材料则是一种单一的材料，在温差作用下产生电势差。

目前，常用的热电材料有硅碲化铋、硒化非化学还原石墨烯等。

热机转换是利用温差驱动热机工作，再通过机械转动产生电能。

热机转换技术主要包括热气机和Stirling发动机两种类型。

热气机利用温差使液体中的气体膨胀，驱动活塞运动，从而达到发电的目的。

Stirling发动机则是利用温差使气体在活塞上的往复运动，通过连杆和曲轴产生机械能，再通过发电机转化为电能。

小型温差发电技术在微型电力设备领域有着广泛的应用前景。

微型电力设备主要指体积小、功率小的电子设备，例如传感器、小型计算机等。

传统的电力供应需要使用电池或者外部电源，而小型温差发电技术能够将环境中的热能转化为电能，为这些设备提供持续稳定的电力供应。

小型温差发电技术还可以应用于无线传感器网络中，使得这些传感器无需更换电池，减少了维护成本。

小型温差发电技术还存在一些问题和挑战。

目前的小型温差发电技术在转换效率上还有待提高，存在能量损耗。

热电材料的稳定性和耐久性也是问题所在，需要解决材料的老化、腐蚀等问题。

小型温差发电技术研究小型温差发电技术是指利用温差的存在来进行能量转换的一种技术。

温差是指两个相邻的物体或两个相邻环境之间的温度差，温差的存在可以用来产生热能和冷能之间的能量传导，进而产生电能。

小型温差发电技术的研究主要集中在如何高效地利用温差来发电，以满足一些微型电子设备、传感器等小型功耗设备的电力需求。

研究人员主要关注以下几个方面的问题：首先是材料的选择。

为了实现高效的温差发电，需要寻找到一种具有良好热导率和电导率的材料。

研究者通常选择一种半导体材料作为热电材料，因为这种材料具有较高的热导率和较低的电导率，可以实现较高的效能。

目前使用最广泛的热电材料是铋锑系化合物和硅锗系化合物等。

其次是温差发电的机制研究。

温差发电的原理是通过热电效应将温差转化为电能。

热电效应包括Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。

Seebeck效应是指在两个温度不同的结点之间会产生电压差，这个电压差被称为Seebeck电动势。

Peltier效应是指当有电流通过两个相距很近的导体时，会在它们之间产生热流，产生热流的导体处于高温侧，吸收热量，而处于低温侧释放热量。

Thomson效应是指当电流通过导体时，导体的温度发生变化，这种现象称为Thomson效应。

研究人员通过对这些效应的研究，可以找到更好的温差发电机制，以提高发电效率。

研究人员还研究如何优化温差发电的结构和设计。

温差发电器件的结构设计直接影响到发电效率和性能。

研究人员通过改变发电器件的层数、材料的厚度和面积等参数，来改善发电效果。

还可以利用纳米技术来制备纳米级的发电器件，以提高发电效率。

研究人员还探索了如何提高温差发电的可靠性和稳定性。

温差发电技术在实际应用中面临着一些挑战，如温度不稳定、材料老化等问题。

研究人员通过改进材料的稳定性，提高装置的抗氧化能力和耐高温能力，来解决这些问题。

小型温差发电技术研究涉及材料选择、机制研究、结构设计和可靠性等方面，通过对这些问题的深入研究和优化，可以提高温差发电的效率和可靠性，推动该技术的广泛应用。

1为简单的温差发电元件（或称温差电池），N型半导体1和P型半导体2在一端用金属片3连接起来，另一端接负载电阻R。

当一端加热至温度T1，而另一端保持在温度T0时，回路中产生温差电动势，使负载电阻上有电流I流过，根据塞贝克定律式中α为电池两臂温差电动势率之和，r为两臂的内阻之和。

r＝(ρ1/s1+ρ2/s2)l式中ρ1、ρ2、 s1、s2分别表示两臂的电阻率和横截面积；l表示两臂的长度。

负载电阻上得到的功率为温差发电效率的定义是外电路中得到的有用电能I2R与热源所消耗的能量之比。

热源消耗的能量包括以下几项：① 在热端吸收的珀尔帖热Q1Q1＝α2T1(T1-T0)/(R+r)② 由热端传导到冷端的热量QmQm＝K(T1-T0)式中K为热导K＝(λ1s1+λ2s2)/l式中λ1、λ2分别为两臂的热导率。

③ 温差电池内部，电流I流过所放出的焦耳热中，有一半将转移到热端，因而把功率还给热源。

汤姆逊热较小，可以忽略不计。

在最大输出功率条件下，即R＝r时，温差电池的效率为式中称为温差材料的品质因数。

如果选则得最大效率为因此，温差发电机的效率主要取决于热端和冷端的温度和温差发电材料的品质因数Z，Z值还强烈地依赖于温度，因而对于不同的工作温度需要选取不同的材料。

最早用的温差发电材料为ZnSb合金(P型),用康铜片(N型)连接，其热端温度可达400。

Bi2Te3-Bi2Se3固溶体(N型)和Bi2Te3-Sb2Te3固溶体在0～300范围内具有较高品质因数(),是较好的低温温差发电材料。

在300到600的中等温区,常采用PbTe或PbTe与SnTe或 PbSe的固溶体、GeTe、AgSbTe2等作温差发电材料。

600以上的高温发电材料有Ge-Si合金、MnTe等。

人们对稀土元素的硫化物、碳硼化合物以及In-Ga-As系已作了较多的研究。

在温差发电机中，在较大温差下，为了使温差电池臂的所有部分都具有较高品质因数，可采取“分段”的办法,处于不同温度的电偶臂的各段,采用不同材料或不同成分。

温差发电效率温差发电是采用温差来直接发电，它是一种新兴的可再生能源发电过程，包括图热差发电、温热差发电和单热循环技术。

温差发电的原理是利用低温和高温来产生电力。

温差发电是一种特殊的热力学方法，它的发电效率取决于温差的大小和工艺的有效性，通常越大的温差越有利于发电。

它将温度差折算成电力，从而提供可再生的电力。

温差发电有三种技术：图热差发电、温热差发电和单热循环技术。

图热差技术（TEG）是一种用热和冷气源温度差，通道差热量制造电能的设备。

它利用一个特殊的材料，热导率高，导热性好，建立不错的温度梯度，将温差变化转换成电能。

它的优势在于采用简单的结构，在温差变化不大的情况下可以达到较高的效率。

热热差发电是采用热水中的温差来发电的。

它利用低温水发热，将高温水转换成冷动力，冷气排出后回到低温水，从而连续发电。

热拉膨胀引擎（ORC）和伴热引擎（CHP）就是利用这种技术产生能源的方式，它们特别适合温差较大的地方，通常可以达到较好的发电效率。

单热循环技术（SRC）是把低温水通过一个循环式热源，变成高温热气，然后再通过一个冷气机将热气转换为冷气，从而将热气扩散，温度降低。

随后，冷气返回到热源进行再次膨胀，从而产生电能。

它的结构简单，发电效率高，热失效率低，适用于中温和高温之间的温差，效率可以达到25%~55%，而且可以使用热源中的电力。

温差发电的效率取决于发电技术和温差的大小。

其中，图热差发电最低，可以达到20%~30%，温热差发电和单热循环技术可以达到30%~45%和25%~55%。

另外，这些技术需要投入较大的设备投资，安装成本比较高，并且在高温的情况下发电效率会有所下降。

总的来说，温差发电是一种新兴的创新能源发电技术，它有较高的发电效率，能够更加环保和可再生。

如果能够结合当地的温差条件，合理使用这项技术，将有助于节约能源并降低能源消耗。