微功率半导体温差发电电能采集与利用(4)

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实验中，由生物质燃炉充当热端，冷却水作为冷端，加装热电偶并配上电力转换系统即构成一套生物质温差发电装置。该技术在国外仍处在实验阶段，国内还尚未进行相关研究，值得探索[22]。

1.2.3 数码设备充电装置

随着当今科技进步与社会发展，手机、MP3、PDA、MP4、电子书、平板电脑、数码照相摄像机等便携式数码设备，与我们的日常生活的联接更加紧密。特别是在野外工作和娱乐的过程中，往往会出现一些长时间使用这些便携设备导致电能耗尽的情况，然而在野外没有现成的电源为这些数码设备提供充电，因此研究者们设想可以利用野外篝火给半导体温差发电模块提供热能，再进一步经过转化产生电能，从而解决野外无电能的难题。

便携式数码充电装置的结构主要包括两个部分：温差发电模块和稳压充电模块。温差发电模块主要是利用野外篝火与大气环境所产生的温度差，使用半导体温差发电组件，由热能转化产生直流电，从而提供充电的电能；为充电装置提供100～130 ℃的温差，温差发电模块将产生4.8～6 V 的直流电能。在野外，由于篝火火焰难以稳定，温差发电组件冷、热两端的温差也会有较大波动，导致温差发电模块所产生的电压不稳定。因此，必须利用稳压充电模块，对温差发电模块产生的直流电进行稳压整流，才能把稳定的直流电能通过USB 充电接口对各类数码设备进行充电[23]。

2 半导体温差发电的三大基本原理

2.1 塞贝克效应

1821年，德国科学家塞贝克报道了一个有趣的实验结果：当把指南针置于一个由两种不同导体构成的闭合回路附近时，若对该回路的其中一个接头加热，指南针就会发生偏转。随后的研究发现，回路中存在电动势。人们将这个电动势叫做塞贝克电动势，并称这个现象为塞贝克效应。

图2.1 塞贝克效应示意图

如图2.1，由不同种材料AB组成的回路，当接点的温度不同时，回路中会有电流，这就是所谓的塞贝克( )效应。假设接头1和2处维持在不同的温度T1和T2，温差为(Tl-T2)。则在导体A的开路位置X和Y之间，将会有一个电位差出现，称为塞贝克( )电压。其数值为：来!自~751论-文|网www.751com.cn

(2.1.1)

只要两接头间的温差不是很大，这个关系就是线性的，即为常数。该常数定义为两种异体的相对塞贝克系数，即

(2.1.2)

塞贝克系数是由构成回路的一对材料形成的，所选材料不同，塞贝克系数不同，同时电位的正负也可能发生变化，因此，塞贝克系数由数值和符号两部分构成。

2.2 帕尔贴效应

1834年，法国物理学家帕尔帖( )发现当两种不同的导体A和B连成回路且通过电流时，如图1.2所示，在一端接头处除了焦耳热外，还会释放出其它热量，而在另一端接头处会吸收热量。当改变电流方向，放热端和吸热端也会随之改变。实验发现，吸收和放出的热量与回路中施加的电流，材料的性质及接头的温度有关，如果电流由A流向B