温差发电机原理
温差发电原理及公式
温差发电原理及公式
温差发电法是利用温差进行发电。
不同水层之间的温差很大，一般表层水温度比深层或底层水高得多。
发电原理是，温水流入蒸发室之后，在低压下海水沸腾变为流动蒸气或丙烷等蒸发气体作为流体，推动透平机旋转，启动交流电机发电，用过的废蒸气进入冷凝室被深层水冷却凝结，再进行循环。
金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。
像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便引成一个电势差。
这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。
差发电原理是电子的扩散速度与温度成正比，所以只要保持两种金属的温度差，就能保持电子的流动，在金属两端就会形成电位差。
温差发电是基于帕尔贴效应制作而成的一种固态元件。
这种元件的反向应用一般作为制冷片使用，车载冰箱、制冷饮水机、部分电脑CPU散热器等都可以见到其应用。
这种效应为帕尔贴效应的逆效应，称为塞贝克效应。
由于不同金属具有不同的电子密度，当这两种金属互相接触时，接触点的位置就会有电子的流动，电子会由密度高的一端流向密度低的一端，电子的扩散速度与温度成正比，所以只要保持两种金属的温度差，就能保持电子的流动，在金属两端就会形成电位差。
这种效应所形成的电压很小，通常只有毫负甚至微负级别，其能够输出电流也比较小，由两段金属作为一个单元，通过多个单元的串并联，即可增大其输出电压和电流。
由于温差发电的效率问题，能够达到手机充电所需的电压和电流，需要足够的温差。
人体一端的问题相对固定，另一端的温度要高于或低于人体端才可以。
海水温差发电原理
海水温差发电原理海水温差发电是一种利用海水温差产生电能的技术。
海洋是地球上最大的能源库之一，其中蕴藏着丰富的能量资源。
而海水温差能作为一种可再生能源，具有巨大的潜力。
海水温差发电技术就是通过利用海洋中水温的差异来实现能量转换。
海水温差发电的原理是基于热机热力循环的原理。
热力循环是将热能转化为机械能或电能的过程，其中关键的一步是利用温差产生能量。
而海水温差发电正是利用海水温度的差异来产生温差能，进而转化为电能。
海水温差发电的工作原理可以简单地分为三个步骤：海水供给、温差利用和能量转换。
海水供给是海水温差发电的基础。
通常情况下，海水温差发电设备会将海水引入设备内部。
这一步骤可以通过从海洋中吸取海水或者利用潮汐等方式来完成。
通过将海水引入设备，为后续的温差利用提供了必要的条件。
接下来，是温差利用的步骤。
在海水供给后，热机会利用海水温度的差异来产生温差能。
温差能是指由于温度差异而形成的能量，其大小与温度差异成正比。
通常情况下，海洋表面的温度要高于深海的温度，这就形成了温差能。
热机通过一系列的工艺，从海水中提取温差能，并将其转化为机械能或电能。
是能量转换的步骤。
在温差能被提取后，需要将其转化为可用的机械能或电能。
这一步骤通常会利用热机的工作原理，如蒸汽循环或卡诺循环来完成。
通过这些循环，温差能会被转化为机械能或电能，从而实现海水温差发电。
海水温差发电技术具有许多优点。
首先，海水是一种广泛存在的资源，可以在全球范围内利用。
其次，海水温差发电是一种可再生能源，不会造成环境污染。
此外，海水温差发电设备具有较长的使用寿命和较低的维护成本。
因此，海水温差发电技术在可持续能源领域具有重要的应用前景。
然而，海水温差发电技术也存在一些挑战和限制。
首先，海水温差发电设备的建设和运维成本较高。
其次，海水温差发电需要较大的设备和空间，对海洋的利用和环境保护提出了一定的要求。
此外，海水温差发电技术还需要处理海水中的盐度、海洋生物等问题，以确保设备的正常运行。
温差发电技术及其一些应用
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。
低温差发电的原理与应用
低温差发电的原理与应用1 温差发电的基本原理温差电效应是德国科学家塞贝克于1821年首先发现的，人们称之为塞贝克(Seebeck)效应，即两种不同的金属构成闭合回路，当两个接头存在温差时，回路中将产生电流，这一效应为温差发电技术奠定了基础。
如图1所示，A、B两种不同导体构成的回路，如果两个结点所处的温度不同(T1和T2不等)，回路中就会有电动势存在，这便是温差发电技术的理论基础。
当结点间的温度差在一定范围内，存在如下关系：式中：--回路产生的电势；--所用两种导体材料的相对塞贝克系数。
用于低温(3000C以下)的Bi2Te3及其固溶体合金，应该保证室温(300K)下的热电材料的ZT>3。
热电转换材料领域现已取得重要的进展，包括绝缘层和导电层交叉分层、特定层的电荷与自旋态的优化设计和结构钠米化等，现在已经把热电材料的ZT提高到接近3。
自1821年Seebeck发现塞贝克效应以来，国外对温差发电进行了大量的研究，1947年，第一台温差发电器问世，效率仅为 1.5％。
1953年，Loffe院士研究小组成功研制出利用煤油灯、拖拉机热量作热源的温差发电装置，在用电困难地区作小功率电源之用。
到2O世纪60年代末，前苏联先后制造了1000多个放射性同位素温差发电器(RTG)，广泛用于卫星电源、灯塔和导航标识，其平均使用寿命超过10年，可稳定提供7～30V，80W的功率。
美国也不甘落后，其开发的RTG输出功率为2.7～3o0W，最长工作时间已超3O年。
1961年6月美国SNAP一3A能源系统投入使用，输出功率为2.7W，发电效率5.1％。
1977年发射的木星、土星探测器上使用的RTG，输出功率已达到 155W。
20世纪80年代初，美同又完成500～1000W军用温差发电机的研制，并于8O年代末正式进入部队装备。
近年来，对低品位热源的利用成为温差发电技术研究的大方向。
Maneewan等利用置于屋顶的钢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，从而给屋顶降温。
温差发电技术及其一些应用
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。
温差发电装置
温差发电的概念很广，只要利用了温度差产生电能都能算。
其实目前标准的温差发电机仅仅是两种材料之间的温差发电，原理就是将两种不同类型的热电转换材料N和P的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温时，由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差；如果将许多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压，形成一个温差发电机。
简单的说就是2种不同材料(半导体或金属)连接时，如果两边温度不同导体中就产生电流(是没有机械运动的，与热胀冷缩无关)。
这种方法产生的电动势比较小，是最基本的温差发电。
在实际应用中温差发电虽然在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄漏、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长等优点，但长久以来受热电转换效率和较大成本的限制，温差电技术向工业和民用产业的普及受到很大制约。
虽然最近几年随着能源与环境危机的日渐突出，以及一批高性能热电转换材料的开发成功，温差发电技术的研究又重新成为热点，但突破的希望还是在于转换效率的稳定提高。
目前仅在军事和航天器小功率发电方面应用较多。
温差发电的原理热电转换材料具有3个基本效应, 即Peltier效应、Seebeck效应和Thomson效应, 这3个效应奠定了热力学中热电理论的基础, 也为热电转换材料的实际应用展示了广阔的前景. 温差电是利用材料的Seebeck效应, 通过载流子(电子和空穴)进行能量的输运. 该效应于1821年由德国人Seebeck 发现: 在两种不同金属(锑与铜)构成的回路中, 如果两个接头处存在温度差, 其周围就会出现磁场.通过进一步的实验, Seebeck发现回路中存在电动势. Seebeck效应是制作测温热电偶、温差发电和温差电传感器的基础。
温差发电的原理如图1所示: 将两种不同类型的热电转换材料N和P的一端结合并将其置于高温状态, 另一端开路并给以低温. 由于高温端的热激发作用较强, 此端的空穴和电子浓度比低温端高, 在这种载流子浓度梯度的驱动下, 空穴和电子向低温端扩散, 从而在低温开路端形成电势差. 将许多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块, 就可得到足够高的电压, 形成一个温差发电机. 这种发电机在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能, 且转换过程中不需要机械运动部件, 也无气态或液态介质存在, 因此适应范围广、体积小、重量轻、安全可靠、对环境无任何污染, 是十分理想的电源. 温差发电的灵活、绿色、安静和微小体积的特性, 使其可在许多领域发挥重要的作用。
温差发电一
一种简易的微型温差发电装置的设计温差发电技术研究始于20世纪40年代，于20世纪60年代达到高峰，并成功地在航天器上实现了长时发电。
它是一种环保的发电方式，具有结构简单、无噪声、使用寿命长等优点。
随着不可再生资源的枯竭，美国、欧盟等发达国家更加重视温差发电技术的研究，并取得了很大的进展。
国内在这方面的研究主要在于发电器理论和热电材料的制备。
本文简单介绍温差发电技术的原理，并利用这个原理设计一种简易的太阳能驱动半导体温差发电装置。
一、温差发电的工作原理温差发电是基于塞贝克效应，把热能转化为电能。
当一对温差电偶的两个接头处于不同温度时，电偶两端就有一定电动势。
要得到较大的功率输出，通常把若干对温差电偶串(或并)联成为温差电堆。
温差发电原理如图1所示，该装置可利用温差直接产生电力。
将P 型半导体和N 型半导体在热端连接，则在冷端可得图1 温差发电结构示意图到一个电压，一个PN 连结所能产生的电动势有限，将很多个这样的PN 连结串联起来就可得到足够的电压，成为一个温差发电机。
二、太阳能驱动半导体温差发电装置和工作原理在太阳能热水器的启示下可以设计一种简易的太阳能驱动半导体温差发电装置（如图2所示）。
本装置是用凸透镜聚光的方法将光线汇聚到装置的热板，使热板温度升高，形成高温端。
冷板做成冷水散热板，形成低温端。
这样热板和冷板之间就可以形成一个温度差，在热激发作用下，N 型材料高温端电子浓度高于低温端，在这种浓度梯度的驱动下，电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势。
这样热电材料就在高低温端间的温差下将高温端输入的热能直接转化成电能。
单独的一个PN 结，形成的电动势很小，我们将多个这样的PN 结串联起来，就可以得到足够高的电动势，做成一个简单的温差发电装置。
P N N N N冷 板 热 板 + _MP P P图2 太阳能驱动半导体温差发电装置示意图装置中，热板和冷板均采用铜材料制成。
两板的中间是N 型和P 型的半导体材料（碲化铋），这些半导体元件在电路上采用串联的形式连结。
海水温差发电原理
海水温差发电原理海水温差源于地球的自然热能。
由于地球不同地区的水温存在差异，而且水温变化较为稳定，因此可以利用这种温差来进行发电。
而海洋温差发电是一种清洁可再生能源，具有潜在的巨大发展潜力。
首先，将冷水从深海中抽取出来，通过管道输送到压力容器中。
深海水的水温一般都比较低，通常低于10摄氏度。
接下来，将热能源依次引入蒸发器和压力容器。
热能源可以是太阳能、地热能、核能等。
通过加热作用，使得压力容器中的冷水蒸发形成高温高压蒸汽。
蒸汽进入涡轮发电机，使得涡轮旋转。
涡轮连接着发电机，因此涡轮的旋转会带动发电机旋转，进而产生电能。
发电完成后，蒸汽进入冷凝器，通过冷却作用将蒸汽冷却成液态水。
冷凝后的水再次回到蒸发器，循环往复，实现了工质的循环。
海水温差发电的关键在于利用温差推动热机工作。
工质的特性决定了发电机的性能。
常见的工质有有机物质（例如氨）和无机物质（例如铵盐）。
这些工质在低温下处于液态，而在高温下则处于气态。
气态和液态之间的相变产生的压力差可以推动热机工作，从而产生电能。
海水温差发电技术具有很多优点。
首先，海水温差资源广泛。
相比其他可再生能源，比如太阳能和风能，海水温差发电具有更为稳定和可靠的特点。
其次，海水温差发电是一种低温差能源利用技术，不会对环境产生污染。
再次，海水温差发电可以提供持续的电力供应，有助于岛屿等地区解决能源困境。
最后，海水温差发电可以通过技术提升和成本降低来实现商业化应用。
然而，海水温差发电也存在一些挑战。
首先，技术实施难度较大，需要克服温差资源分布不均、系统稳定性和效率等问题。
其次，目前尚未实现大规模商业化应用，主要原因是其建设成本较高。
此外，海水温差发电对生态环境会有一定的影响，需要进行相应的环境评估和管理措施。
综上所述，海水温差发电利用海水的温度差异，通过热机工作产生电能的技术。
它是一种清洁可再生能源，具有潜在的巨大发展潜力。
随着技术的不断进步和成本的降低，海水温差发电有望成为未来能源供应的重要组成部分。
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温差发电机原理
分类：杂九杂十| 标签：温差发电机? 塞贝克效应? 帕尔贴效应?
2013-05-21 09:35 阅读(2858)评论(0)塞贝克效应和帕尔帖效应
塞贝克效应（Seebeck effect）：不同的金属导体（或半导体）具有不同的自由电子密度（或载流子密度），当两种不同的金属导体相互接触时，在接触面上的电子就会由高浓度向低浓度扩散。
而电子的扩散速率与接触区的温度成正比，所以只要维持两金属间的温差，就能使电子持续扩散，在两块金属的另两个端点形成稳定的电压。
由此产生的电压通常每开尔文温差只有几微伏。
这种塞贝克效应通常应用于热电偶，用来直接测量温差。
一个温差发电电路由两种赛贝克系数不同的材料接触构成(比如P型半导体和N型半导体)。
如果没有负载，电路中不会有电流但是两端会有电动势，这时候它以检测温度的热电偶方式工作。
（图片来源：）
帕尔贴效应是塞贝克效应的逆效应，当有电流通过不同的导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。
这是珀耳帖在1834年发现的。
简而言之，当在两种金属（或半导体）回路上施加电压通入电流后，不同金属的接触点会有一个温差。
利用塞贝克效应的热电制冷器电路图。
（图片来源：）
帕尔贴效应常用于cpu散热器和袖珍冰箱里的半导体制冷片上。
通常使用时我们给制冷片施加电流，一面就会变热而另一面变冷。
但是这个效应也可以反过来：只要制冷片两端有温差就会产生电压。
温差发电依靠塞贝克效应，由于半导体温差电材料的效果比金属的高得多，所以有实用价值的温差电材料都是用半导体材料制成的。
帕尔贴器件是利用半导体的帕尔贴效应制冷的器件，实用的半导体制冷器由很多对热电元件经并联、串联组合而成，也称热电堆。
单级热电堆可得到大约60℃的温差。
热电堆也可根据塞贝克效应工作把热能（即内能）转化为电能进行温差发电。
当温差电堆两端处于不同温度时，就会产生电动势，可以输出功率。