温差发电片
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。
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。
汽车发动机余热温差发电
汽车发动机余热温差发电摘要：随社会现代化的发展，能源紧缺现象日趋严重，车辆消耗的能源与日俱增，为提高汽车燃油效率以优化能源利用和保护环境，提出利用汽车尾气余热进行温差发电。
设想可以将纳米技术应用到此技术中，应该能提高利用率，减少能源浪费。
重点介绍温差发电基本原理及采用半导体热电元件的温差发电，包括对半导体材料的要求。
对热电转换材料性能特点及研究发展做了简单介绍。
关键词：温差发电；热电转换材料；塞贝克效应；应用引言：以现有内燃机指标评估，燃油中60﹪左右的能量没有得到有效利用，绝大部分以余热的形式排放到大气中，这部分废气温度约在900K～1100K[1]，造成经济损失和环境污染。
因此，基于塞贝克效应的理论，将温差发电器安装在汽车内燃机的排气管上，能将内燃机运行时排出的余热直接转化成电能，实现最大限度的挖掘现有能源，带来可观的经济效益。
还可以降低温度使排气压力减少有助于汽车噪声电平下降。
从目前研究成果来看，此技术存在着效率低、成本高、结构不紧密等缺点还未能应用到实际当中。
但由于热电器件的系列优点，如无移动部件、无工作噪声、无污染、无震颤等使得热电材料与器件在此技术上得到了大力研究。
1温差发电1.1温差发电原理温差发电是利用两种连接起来的半导体的塞贝克效应，将热能转化成电能的一种技术。
半导体温差发电的原理如图1，它由P、N 两种类型不同的半导体温差电材料经电导率较高的导流片串联并将导流片固定于陶瓷片上而成。
在器件的两端建立一个温差, 使器件高温端保持T2，低温端保持T1，根据塞贝克效应，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，将产生一个电压，若在回路中接入负载电阻，则将有电流流过。
通过连接多个这样的器件串联便可获得较大的电压。
图1 温差发电原理图半导体分为两型：一种为n 型，里面有自由电子；一种叫p 型，里面有空穴，即是缺少一个电子的原子。
温差发电组件型号命名方法
温差发电组件型号命名方法1 型号表示方法三个英文字母-一个阿拉伯数字-三个阿拉伯数字-两个阿拉伯数字-三个阿拉伯数字2 温差发电组件代号温差发电组件的英文名可以是：Thermoelectric Power Generation Module, 其代号用“TEG”。
其中“TE”是“Thermoelectric” 的缩写，G是“Power Generation” 的缩写。
与温差电制冷组件的代号“TEC”是对称的。
3 级数温差发电组件可以制作成多级型式，如一级温差发电组件为TEG1，二级温差发电组件为TEG2等。
4 示例例1：TEG1-241-1.4-1.6-250表示一级温差发电组件，其内部温差电元件有241对，温差电元件尺寸为1.4mm×1.4mm，温差电元件的高度为1.6mm，长期工作温度为250℃。
例2：TEG1-127-1.4-2.5-200表示一级温差发电组件，其内部温差电元件有127对，温差电元件尺寸为1.4mm×1.4mm，温差电元件的高度为2.5mm，长期工作温度为200℃。
商用温差电致冷组件用于发电的研究_百度文库/view/ee131f0e7cd184254b353501.html/movie/2011/12/T/T/M7KQE1LA7_M7OLS38TT.html理论上行，40x40的片子温差发电片（不是制冷片），每20摄氏度可以产生1V的电压（保持两面60度温差，可以得到3.5V电压，3-5A电流），电动车电机功率一般在400W左右，配用36伏12安时电池，所以理论上你至少要用13片串联才能达到额定压（实际很难保证60度稳定的温差）至少要并联4组才能保证正常驱动，成本70元*4*13＝3640元，成本太高，而且还没算存储和稳压成本，怎么4000也打不住，所以不实际【SP1848-27145电参数如下】温差20度:开路电压0.97V,发电电流:225MA温差40度:开路电压1.8V,发电电流:368MA温差60度:开路电压2.4V,发电电流:469MA温差80度:开路电压3.6V,发电电流:558MA温差100度:开路电压4.8V,发电电流:669MA温差发电片TEP1-142T300 40*40MM T300度耐高温散热面80度以下引线长度：约15CM发电片尺寸：40MM长*40MM宽*3.4MM厚有字的一面帖近于散热面（冷端）无字的一面帖进于吸热面（热端）红色线接正极，黑色线接负极，有温差时既可发电最佳匹配电阻：3.3-4.3间使用温度在-40度至300度间温差发电片使用注意温差发电组件的两面与金属散热片之间，最好涂上一层导热硅脂，以利于散热，减小热阻。
温差发电
温差发电温差发电目前有两种形式，一是利用海水表层和深层的温差，用其热量使蒸发器中的水沸腾，用氨蒸汽带动涡轮机发电。
随后，氨蒸汽进入深层海水冷却，重新变成液体。
在这一循环往返过程中，可以依次将海水的温差变成电力；二是用半导体温差效应直接发电。
海洋中蕴藏着丰富的太阳热能。
太阳每年供应给海洋的热能大约有６０0多万亿千瓦时，如此巨大的能量，除了一部分转变为海流的动能和水汽的循环外，其余都直接以热能的形式储存在海水中，主要表现为海水表层和深层直接的温差。
通常情况下，海水表层的温度可达２５－２８℃，而海平面以下５００米的深处水温大约只有４－７℃，两者相差２０℃左右，热带海洋的温差更为明显。
火力发电和原子能发电是以热能使水沸腾，利用水蒸汽带动涡轮机，然后发电。
而海洋温差发电所用的蒸汽，一般是氨和水的混合液。
与水相比，氨水的沸点只有33度，很容易变成蒸汽。
目前，海洋温差发电的能源变换效率只有3%_5%，比火力发电的40%低得多。
所以要想得到比较大的功率，海洋温差发电装置必须造得很庞大，形成面积巨大的采能场，才能获得足够的电力。
这样，无疑增大了发电成本。
但它的优点也是不言而喻的：绿色、环保、可再生、取之不尽，用之不竭。
随着新能源开发力度的不断加大，海洋温差发电已受到各国普遍重视。
技术进步将大幅度降低发电成本，增加其竞争能力。
日本、法国、比利时等国已经建成一些海水温差发电站，功率从100千瓦至10000千瓦不等。
半导体温差发电是根据塞贝克效应制成的。
所谓塞贝克效应是指把两种半导体（即P型和N型硅用金属片串接起来）的接合端置于高温处，处于低温环境的另一端就可以产生电动势，接上负载即在回路中形成电流。
这是十分方便、安全、环保的。
人类在航天等各种特殊环境中已广泛应用了这一技术。
目前，市场上已有半导体温差发电模块出售，用其为手机、电脑充电以及用于应急照明，效果都非常之好，可惜功率太小，大规模工业化使用为时尚早。
（6）（刘朴）。
温差发电器
温差发电器1 概述1821年德国科学家塞贝克（T.J. Seebeck）发现了塞贝克效应，迄今已经快200年了。
第二次世界大战末发现半导体材料后，掀起了探索温差电材料和器件的热潮，促进了温差电理论和技术的发展。
二十世纪五十年代末六十年代初，空间技术飞速发展，急需一种长寿命、抗辐照的电源。
由于温差发电器是一种静态的固体器件，没有转动部件，体积小、寿命长，工作时无噪声，而且无须维护，成为空间电源研发的热点，大大刺激了温差电技术的发展。
1960年代初就有一批放射性同位素温差发电器（Radioisotope Thermoelectric Generator，英文缩写为RTG）成功地应用于空间、地面和海洋。
1963年美国将一个输出电功率2.7W的同位素温差发电器Snap3用在军用导航卫星上。
1969年到1972年美国人将5个Snap27同位素温差发电器成功地放在月面上作为月面科学仪器供电电源。
目前，常规的温差发电器的热电转换效率还不到10%。
与其它化学和物理电源电源相比，温差发电器的效率确实还较低。
但是，温差发电器具有其它电源尚不具备的优点，如寿命很长，应用环境和使用热源不受限制，特别是它可以利用所谓低级热发电－如工业废热、垃圾燃烧热、汽车排气管的余热以及太阳热、地热、海洋热能等，一直吸引着人们的青睐。
1990年起，出于环境保护和经济可持续发展的需要，许多国家的政府和公司投入资金用于开发温差电技术，在全球范围内又一次掀起了研发这种绿色电源的热浪。
目前，RTG是月球表面和深太空航天器的首选电源。
RTG也可以用作海上浮标、声纳的电源，或极地、边界的军用隐蔽电源、预警系统电源。
天然气燃料温差发电器已经在世界许多国家的输油、输气管线、通讯网络上获得了应用。
2 分类按使用的热源分类，温差发电器可分为放射性同位素温差发电器、核反应堆温差发电器、烃燃料温差发电器、低级热温差发电器等。
放射性同位素温差发电器(RTG)是将放射性同位素（如Pu-238, Sr-90,Po-210等）的衰变热能直接转换成电能的温差发电器。
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温差发电片 若两面温差能达到摄氏60度，则发电电压可达到3.5V，电流可达到3-5A 温差发电实验一 【实验目的】 演示西伯克（Seebeck）效应和帕尔帖（Peltier）效应。 【实验器材】 热电转换仪，两个玻璃烧杯，温度计（两个），直流稳压电源。如图77-1所示 【实验原理】 1. 西伯克(seebeck)效应 有两种不同导体组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度差，这开路中将产生电动势E，这就是西伯克效应。由于西伯克效应而产生的电动势称作温差电动势。 材料的西伯克效应的大小，用温差电动势率a表示。材料相对于某参考材料的温差电动势率为 由两种不同材料P、N所组成的电偶，它们的温差电动势率等于与之差，即 热电制冷中用P型半导体和N型半导体组成电偶。两材料对应的和，一个为负，一个为正。取其绝对值相加，并将直接简化记作a，有
(77-3) 2. 帕尔帖(peltire)效应 电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。这就是帕尔帖效应。由帕尔帖效应产生的热流量称作帕尔帖热，用符号表示。 对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。材料的帕尔贴效应强弱用它相对于某参考材料的帕尔贴系数表示
(77-4) 式中 ----- 流经导体的电流，单位A。 类似的，对于P型半导体和N型半导体组成的电偶，其帕尔贴系数（或简单记作）有
(77-5) 帕尔贴效应与西伯克效应都是温差电效应，二者有密切联系。事实上，它们互为反效应，一个是说电偶中有温差存在时会产生电动势；一个是说电偶中有电流通过时会产生温差。温差电动势率a与帕尔贴系数之间存在下述关系 (77-6) 式中 -- 结点处的温度，单位。 3. 汤姆逊效应 电流通过具有温度梯度的均匀导体时，导体将吸收或放出热量。这就是汤姆逊效应。由汤姆逊效应产生的热流量，称汤姆逊热，用符号表示
(77-7) 式中- 汤姆逊系数，单位 ；- 温度差，单位； - 电流，单位A。
在热电制冷分析中，通常忽略汤姆逊效应的影响。另外，需指出：以上热电效应在电流反向时是可逆的。由于固体系统存在有限温差和热流，所以热电制冷是不可逆热力学过程。 4．热力学第一定律：外界向系统传递的热量中的一部分用于系统对外作的功，一部分用于使系统的内能增加。 热力学第二定律：在孤立系统中发生的自发过程总是从包含微观态数目少的宏观态向包含微观态多的宏观态转变，或者说，从热力学概率小的宏观态向热力学概率大的宏观态过渡。 【实验操作与现象】 1. 西伯克(seebeck)效应 （2）将转换仪的一边金属支架放到热水中，将另一条金属支架放到冷水中，温度计分别放入其中。 （3）过一段时间，热水中的能量就被转换成功，可以看到风扇转动起来。 （4）将热水和冷水倒入到一个更大的容器中，并将两支架都放入其中，这时风扇就不再转动了。 （5）更进一步，将一支架放到混合液中，而另一支架放入到冷水中，观察现象。 2．帕尔帖(peltire)效应 （1）将稳压直流电源连接到热电转换仪上。 （2）将转换仪开关掷到“down”的位置，打开电源开关。 （3）等上一段时间，就可以感觉到两边金属支架的温度有差别了（注意：在这个实验中，没有必要将转换仪支架放入水中）。 （4）为了能观察得更细致，可以让转换仪从室温开始工作，经过一段时间后，用温度计分别测量两边支架的温度，以便具体地观察出温度的差异。 3．在演示完帕尔帖(peltire)效应后，关闭电源。将转换仪开关掷到“up”的位置，等一段时间，转换仪两边支架温度不同，其之间的温差将产生电流，电风扇旋转起来。 【注意事项】 1．不要让电源供电的时间超过两分钟，电源电压不要超过8V。。 2．工作的电流不能过大，建议电压用5V，电流用3A。 3．实验中要小心，不要碰翻热水杯，以免烫伤。 温差发电实验二 测定温差电动势实验方法 【目的和要求】 测定温差电动势，确定两种不同材料的温差电动势与温差的关系式。 【仪器和器材】 两种不同材料的金属丝各1根（长0．3－0．4米，粗细不限，但以相近为好），晶体管电压表（J0412型，1毫伏－300伏），烧杯2个（250毫升），酒精灯，温度计2支（0－100℃），冰（200克左右），方座支架（J1102型）。 【实验方法】 1．取两种不同金属的导线，例如康铜和铜。把铜线剪为两段，每段的一端分别与康铜线两端钮接在一起，另一端分别接在电压表的接线柱上，如图4．32－1所示。其中金属甲为康铜线，金属乙为铜线。
2．把碎冰放入低温端烧杯中加少许冷水，高温端的杯中加冷水，即可发现电压表指针偏转。读出高温端温度和电压表示数，记入表1中。 3．用酒精灯对高温端烧杯加热，密切注意温度变化。高温端温度每改变10℃左右读一次电压表示数，并将数据记入表1。
读数次数
读数次数 4．取任意三组E、t值代入（1）式，确定A、B、C的值，写出E～t函数式，并取某些实测温差值进行计算，比较计算结果与该温差下的实验结果，验证E～t关系式的正确性。 温差电现象
在奥斯特、安培寻找电与磁的联系的同时，出生在雷维尔的科学家塞贝克曾致力寻找热与电的联系。 塞贝克17岁离开自己的祖国，先在柏林学医，1818年被选为柏林科学院院士。丹麦物理迷家奥斯特的实验诱使他进行了一系列的电学研究，1821年，他建成了由部分铜和部分铋组成的闭合电路。把一个金属接头握在手里，由于他手中的体热使两个接头有温差存在，结果电流计指针发生了偏转，这证明有电流发生。他又将其中的一个接头冷却，发现了类似的效应。这个效应随不同的金属而改变。而且温差愈大，效应也愈大。 由于温差电的发现，物理学上便出现了以塞贝克的名字命名的塞贝克效应。其具体的实验过程是这样的：将两种不同金属Ａ和Ｂ连接放的闭合电路。若将它们的两个接点分别置于温度为Ｔ０（在这里０为下标）和Ｔ（假设Ｔ０/span> ε＝a(T-T0)+1/2b(T-T0) 2+1/3c(T-T0) 3 在温差范围不大时，可以用下式表示： ε＝a(T-T0)+1/2b(T-T0) 2 式中a,b,c是与用作温差电偶的金属的性质有关的常数，塞贝克的这个热电源与当时的伏打电池不同。热电源的电动热稳定，正因为如此，这种电源不久被欧姆运用，导出了著名的欧姆定律。 在塞贝克效应发现后的13年，即1834年，一个巴黎的钟表匠珀耳贴把他的后半生献身于科学探索，他从另一个方式证明，电流不仅可以生热，而且它还会致冷。当电流从铋流到铜时，他发现在铜铋结上温度上升了10°C；而电流以相反的方向通过时，铜铋结温度则下降了5°C。在铜铋结上人们发现了更大的温差。 后来的楞茨电磁感应定律正是在此∩闲纬傻摹?BR>温差发电组件技术参数 W
temp.Difference.max(at th=25℃) K Figure of Merit
1/K
制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应，导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。
一般的冷气与冰箱运用氟氯化物当冷媒，造成臭氧层的被破坏.无冷媒冰箱(冷气)因而是环境保护的重要因素.利用半导体之热电效应，可制造一个无冷媒的冰箱。
这种发电方法是将热能直接转变成电能，其转变效率受热力学第二定律即柯诺特效率(Carnotefficiency)的限制.早在1822年西伯即已发现，因而热电效应又叫西伯效应(Seebeckeffect)。
4形成 威廉·汤姆逊1824年生于爱尔兰，父亲詹姆士是贝尔法斯特皇家学院的数学教授，后因任教格拉斯哥大学，在威廉8岁那年全家迁往苏格兰的格拉斯哥。汤姆逊十岁便入读格拉斯哥大学 (你不必惊讶，在那个时代，爱尔兰的大学会取录最有才华的小学生)，约在14岁开始学习大学程度的课程，15岁时凭一篇题为“地球形状”的文章获得大学的金奖章。汤姆逊后来到了剑桥大学学习，并以全年级第2名的成绩毕业。他毕业后到了巴黎，在勒尼奥的指导下进行了一年实验研究。1846年至1899年，汤姆逊新回到格拉斯哥大学担任自然哲学 (即现在的物理学) 教授，1899年汤姆逊正式退休。 汤姆逊在格拉斯哥大学创建了第一所现代物理实验室；24岁时发表一部热力学专著，建立温度的“绝对热力学温标”；27岁时发表《热力学理论》一书，建立热力学第二定律，使其成为物理学基本定律；与焦耳共同发现气体扩散时的焦耳－汤姆逊效应；历经9年建立欧美之间永久大西洋海底电缆，由此获得“开尔文勋爵”的贵族称号。
汤姆逊一生研究范围相当广泛，他在数学物理、热力学、电磁学、弹性力学、以太理论和地球科学等方面都有重大的贡献。撇开这些不谈，回到“汤姆逊效应”这个主题上来。在介绍汤姆逊效应之前，还是先介绍一下前人所做的工作。
1821年，德国物理学家塞贝克发现，在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生一个电势，此所谓“塞贝克效应”。1834年，法国实验科学家帕尔帖发现了它的反效应：两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差，此所谓珀尔帖效应。1837年，俄国物理学家愣次又发现，电流的方向决定了吸收还是产生热量，发热（制冷）量的多少与电流的大小成正比。
1856年，汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。汤姆逊认为，在绝对零度时，帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。在此基础上，他又从理论上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆孙热）。或者反过来，当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。这一现象后叫汤姆孙效应（Thomson effect），成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应（thermoelectric effect）。
汤姆逊效应是导体两端有温差时产生电势的现象，帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差（其中的一端产生热量，另一端吸收热量）的现象，两者结合起来就构成了塞贝克效应。
5物理解释 汤姆逊效应的物理学解释是：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。