太阳能发电技术论文太阳能发电原理论文

太阳能发电技术论文太阳能发电原理论文

利用太阳能的热电偶正向串联发电技术研究

[摘要] 根据热电偶传感器的测温原理逆向思维,与光电传感器串联制成光伏阵列类似,将热电偶串联产生的热电势转换为电能。测量端利用太阳能加热,参考端靠水冷却,初步研究热电势与热电偶材料

的直径、长度、补偿导线之间的关系,由此制造出的绿色发电机无污染,成本低,其结果论证了本方法的实用性与可行性。

[关键词] E型热电偶热电势补偿导线绿色发电机

一、引言

目前,能源告急,如何用绿色能源生产电能对我国可持续发展具

有很重要的现实意义,太阳能电池利用光电传感器中产生的电动势,

将其串并联得到太阳能电池阵列发电,类似地,我们利用热电偶传感

器中产生的热电动势,并将热电偶串联得到发电组件,其测量端采用

太阳能集中加热,参考端自然冷却,将来做成一种新型绿色发电机,成本有望比太阳能电池更低。本论文从此观点出发利用试验对太阳能热偶发电技术进行初步研究,通过对试验数据结果分析总结出一些规律,这对我们进一步研究新能源开发与利用十分有利。

二、热电偶的测温原理与串联

1.热电偶的测温原理

热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同的导体A和B连成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电动势,又称

塞贝克效应。本论文中逆向思维,不是用于测温而是利用产生的热电动势发电,具有创新性。

2.热电偶的串联

热电偶的基本定律有中间导体定律、参考电极定律、中间温度定律。在试验前,我们根据中间温度定律、参考分度表可以对产生的热电动势进行估算。根据中间导体定律可知,加设补偿导线既不会降低热电动势,又可以节约成本,这对于实际生产具有十分重要的意义。

热电偶可串联使用,如下图2所示。但只能是同一分度号的热电偶,且参考端应在同一温度下。当热电偶正向串联,可获得较高的热电动势,其总热电动势的输出等于各热电动势输出之和,如式3,这正符合我们利用热电偶串联达到发电的目的。

三、试验过程

1.试验器材的选用

目前,我国工业上采用的4种标准化热电偶有4种分别是:镍铬-考铜(E型)、镍铬-镍铝(K型)、铂铑30-铂铑6(B型)、铂铑10-铂(S 型)。其特性曲线如图3所示,由图可知,我们选用E型最合理,这种热电偶在同等的温度差条件下产生的热电动势最大。

本次试验所选用主要材料及仪器清单如下表1所示:

2.试验数据

本系列试验一百多次,挑选其中具有代表意义的测量数据,从中

寻求在适当范围内热电偶的直径、长度与产生的热电动势之间的关系以及加补偿导线对热电动势的影响。

(1)直径与热电动势的关系

采用相同长度不同直径的热电偶进行试验测量所得数据如下表2所示:

(2)长度与热电动势的关系

采用相同直径不同长度的热电偶进行试验测量所得数据如下表3所示:

3.数据分析

对以上具有代表性的试验数据进行分析:表2中在温差相同、长度相同的条件下3.6<5.5,11.6<19.2,故Φ=2mm时的电压要大于

Φ=1.5mm时的电压,表3在温差相同直径相同的条件下

4.1<

5.0,9.2<20.0,故L=25cm时所得到的电压大于L=50cm时的电压,由此可知适当范围内同等条件下直径大、长度短会得到较高的电动势,这正好有利于我们将来生产时降低成本。表4中加补偿导线长度为50cm时比不加补偿导线得到的电压较高,说明加入补偿导线不仅降低成本且可得较高电。

四、结论

综上所述,我们利用太阳能加热测量端,参考端在室温或水中自

然冷却,逆向思维热电偶传感器的测温原理,将其产生的热电动势来

解决能源问题。试验数据表明,适当范围内热电偶直径大,长度短则产生热电势越高,但如果长度太短,测量端和参考端的温差将会减小,经过多次试验最终表明在适当范围内,采用E型热电偶,选取

Φ=2mm,L=25cm时,得到的电压最高,同时,加入补偿导线效果会更好。通过试验数据分析可知,该技术发电成本低,在测量端加热利用绿色

能源,对环境无污染,具有很现实的意义,是可行的。

参考文献:

[1]程军.传感器及实用检测技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.41-51.

[2]吴旗.传感器与自动检测技术[M].北京:高等教育出版

社,2006.35.