半导体温差发电器发电电气特性试验研究

图１温差发电原理（塞贝克效应）

Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｇｅｎｅｒａｔｏｒ

（Ｓｅｅｂｅｃｋｅｆｆｅｃｔ）

半导体温差发电器发电电气特性试验研究

姜

涛１，张

俐１＊，李艳军１，郑

爽２，欧阳斌林１

（１．东北农业大学工程学院，哈尔滨１５００３０；２．黑龙江科技学院电气与信息工程学院，哈尔滨

１５００２７）

摘要：文章根据塞贝克效应（Ｓｅｅｂｅｃｋｅｆｆｅｃｔ）、珀尔帖效应（Ｐｅｌｔｉｅｒｅｆｆｅｃｔ）、汤姆逊效应（Ｔｈｏｍｓｏｎｅｆｆｅｃｔ）原理，

制作了半导体温差发电器系统，通过试验测试获得了在不同温度等级下的电气特性。结果表明，开路电压和负载电压随温度升高呈线性上升趋势。当温度一定时，电流随负载变化呈几何对数增长，并找到了电压越低输出功率越大的功率特性。

关键词：半导体温差发电器；温差发电；电气特性中图分类号：ＴＮ３７７

文献标识码：Ａ

收稿日期：２００７－０３－０９

基金项目：东北农业大学大学生科技创新项目（２００６０７０１）作者简介：姜涛（１９８４－），男，黑龙江人，研究方向为电气化

与自动化及农业物料物理性质。

＊通讯作者Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｚｌｑ０７２４＠１２６．ｃｏｍ

半导体发电技术是利用温差直接将热能转化为电能的全固态能量转化发电装置，并产生电能的一门技术。具有设备简单，操作方便，不依赖燃料和放射性同位素等，仅靠温度差便可发电而获取能量；且无需机械驱动，具有无零件损耗和劣化、无噪音、无污染、无磨损、重量轻、使用寿命长等特点。已经成为国际上新能源的研究前沿，被公认为继太阳能发电和风力发电之后的第三种清洁能源发电方式［１］。但因热电能量转换效率和成本的限制，温差发电技术主要应用于航天等军事领域［２－３］。随着高性能热电转换材料的研究开发，该技术将在其他领域得到广泛应用。国外发达国家已开展了相关的研究，特别是日本，已经将温差发电技术作为一种能源进行开发利用，在热电陶瓷转换材料方面，处于世界领先地位。我国对温差发电技术的研究才刚刚起步，在技术和产品自主创新方面还是空白。尤其是如何在已有研究的基础上有效利用能源，达到最大功率的发电效果，使系统长期可靠运行等方面，则是半导体发电器发电向实际应用转化所亟待解决的技术难题。

１

原理及理论分析

１．１

原理

半导体发电器

（ＴＥ）也叫热电制冷片，是一种热泵，是应用塞贝克效应而直接将热能转化为电能的装置，主要应用在一些空间受到限制、可靠性要求高、无制冷剂污染的场合。温差发电原理（塞贝克效应）如图１所示。

Ａ、Ｂ是两种不同导体连接在一起构成的回路，

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产生。这就是塞贝克效应，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：

!Ｕ＝!ＡＢ（Ｔ２－Ｔ１

）＝!ＡＢΔＴ

式中，"Ｕ为回路产生的电动势；!ＡＢ为两种导体材料的相对塞贝克系数，取决于两种导体材料的性质和温度；Ｔ２为结点２处的温度；Ｔ１为结点１处的温度；ΔＴ为两结点的温差。

由珀尔帖和汤姆逊效应可以知道，在等温条件

Ａ

Ｔ１

Ｔ２

Ｊ

Ｊ

Ｂ（１）

第３９卷第４期东北农业大学学报３９（４）：８６￣８９２００８年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ａｐｒｉｌ２００８

文章编号

１００５－９３６９

（２００８）０４－００８６－０４

下，当电流通过两种不同导体构成的回路时，在一个接头处吸收热量，在另一接头处放热。

如果将电流反向，则两个接头的吸放热现象也随之相反。如果在导体各处的温度不同，则当电流沿某方向通过时，在导体中有焦耳热和传导热，焦耳热的一半传到冷端，另一半传到热端，传导热从热端传到冷端。利用冷热端的能量差，实现能量的转换。

一般采用单个半导体发电器来研究发电的物理特性和电气特性规律，其能够排除其他发电器对单个发电器的影响，从而能更加精确地研究和掌握半导体发电器发电的基本特性；由于单个半导体发电器结构（见图２）相对于多个半导体发电器结构来说比较简单，并且易于调节某些变量，为系统地研究这些基本规律提供可能。

１．２理论分析

根据塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应可知［４］：

Ｕ＝!ΔＴ

Ｑ!＝!Ｉ!＝!ＴＩ

Ｑ#＝#ＩΔＴ

式中，!为塞贝克系数（!Ｖ／℃）；ΔＴ为接触点间的温差；Ｕ为温差电动势；Ｑ为放热或吸热功率；Ｔ为冷接触点温度；!为珀尔帖系数（比例系数）；Ｑ#为放热或吸热功率；#为汤姆逊系数；Ｉ为工作电流。

由塞贝克效应可知，当两种不同的导体相连接时，如果两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势，如公式（２）。在公式（２）两侧同时乘以电流Ｉ得：

ＵＩ＝!ＩΔＴ

将汤姆逊效应公式（４）代入（５）得：

Ｐ＝!

#

Ｑ#

式中，Ｐ为输出电功率（Ｐ＝ＵＩ）；!

#

为热转换效率。

假设电压保持不变得：

ＵＩ＝!

#

Ｑ#

公式整理得：

１

Ｑ#

ＵＩ＝!

#

由公式（８）可以看出，转换效率!

#

与电流Ｉ成正比，电流增加，

!

#

也随之增加，转换效率就会提高。所以说提高电流，就可以提高转换效率。２试验

２．１试验装置

本试验的试验装置见图３。

半导体发电器有１２７对ＰＮ结，其外形尺寸为４０ｍｍ×４０ｍｍ×５ｍｍ，具有一定的耐高温特性。温度控制端采用ＰＴＣ陶瓷材料作为发热源，ＰＴＣ控制调节电路为自行设计，它可以实现一定的温度控制。

２．２试验方法

本试验使用Ｐ型和Ｎ型结合的半导体元件发电。将器件的一侧维持在低温，另一侧维持在高温，器件的高温侧向低温侧传导热能并产生热流，当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，并在器件内产生电势而转化成电能。采用连接多个这样

低温源

电流

高温源

热

流

高温源

Ｐ型

半导体

Ｎ型

半导体

外部负载

图２半导体温差发电器结构

Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｇｅｎｅｒａｔｏｒ

（２）

（３）

（４）

（５）

（６）

（７）

（８）

低温端

高温端

半导体发电器

循环器

循环器负

载

Ａ

Ｖ

温度调节电路低温发生器

温度调节电路

高温发生器

图３试验装置

Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｔｅｓｔｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ

姜涛等：半导体温差发电器发电电气特性试验研究

第４期?８７?

的元件便获取了较多的电能。

试验采用调节热端、冷端ＰＴＣ功率来进行温差的调节，通过两端温度的变化，使半导体发电器输出功率的不同，获取其功率特性。通过对各点的温度监测，实现控制调节温度的变化。

３

结果与分析

３．１

开路电压随温度变化

试验测试不同温度等级下的开路电压数据，得

到７组开路电压变化曲线（见图４），可以看出７组全部呈线性增长的变化趋势。

３．２负载电压与电流随负载的变化

在同一温差下，滑动变阻器的阻值由１００Ω

调到２Ω，改变输出电流，得到负载电压和电流随负载变化数据，通过功率计算公式：Ｗ＝Ｕ?Ｉ得出如图５、６所示的伏安特性曲线和负载电流与输出功率的关系曲线。可以看出，在同一温差下，电压减小而电流增加；在温差不变的情况下，负载变大，发电器发出的功率就变大。

３．３负载功率与温度的变化

固定负载电阻为１００Ω时，冷端温度固定在

３５℃，分析负载温差与功率变化的关系，如图７所

示。由曲线可以看出，温度与负载功率趋于线性变化规律；负载电阻为１００Ω时，负载的功率输出随冷热端温度的增加而呈线性上升趋势。

图４

热端温度与开路电压的关系

Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｈｏｔｊｕｎｃｔｉｏｎ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ

第一组Ｔｈｅｆｉｒｓｔｇｒｏｕｐ第二组Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｇｒｏｕｐ第三组Ｔｈｅｔｈｉｒｄｇｒｏｕｐ第四组Ｔｈｅｆｏｕｒｔｈｇｒｏｕｐ第五组Ｔｈｅｆｉｆｔｈｇｒｏｕｐ第六组Ｔｈｅｓｉｘｔｈｇｒｏｕｐ第七组Ｔｈｅｓｅｖｅｎｔｈｇｒｏｕｐ

◆■

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$$▲▲▲▲▲▲＋＋

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×

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×

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×

×

×▲▲▲■■■■■■■■■开路电压（Ｖ）

Ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ

２．５２．０１．５１．００．５０

５５６０６５７０７５８０８５９０９５

热端温度（℃）

Ｈｏｔｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

输出电压（Ｖ）

Ｖｏｌｔａｇｅｏｕｔｐｕｔ２．５２．０１．５１．００．５０

◆

◆◆

◆

◆

◆

◆

◆

２１２７３６

５１

８５１３７１８９２５５

输出电流（ｍＡ）

Ｃｕｒｒｅｎｔｏｕｔｐｕｔ

图５

伏安特性曲线

Ｆｉｇ．５ＴｈｅＶ－Ａｃｈａｒａｃｔｅｒｃｕｒｖｅ

图６电流与输出功率的关系曲线

Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ

◆

◆

◆

◆

◆

◆

◆

◆

２１２７３６５１８５１３７１８９２５５

输出功率（Ｐ）

Ｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ

４５０４００３５０３００２５０２００１５０１００５００

输出电流（ｍＡ）

Ｃｕｒｒｅｎｔｏｕｔｐｕｔ

第一组Ｔｈｅｆｉｒｓｔｇｒｏｕｐ第三组Ｔｈｅｔｈｉｒｄｇｒｏｕｐ

◆▲

４０３５３０２５２０１５１０５０

◆◆◆

◆◆

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■

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×

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×

×

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热端温度（℃）

Ｈｏｔｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

５５６０６５７０７５８０８５９０９５

负载输出功率（Ｐ）

Ｌｏａｄｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ图７热端温度与负载功率输出的关系

Ｆｉｇ．７Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｈｏｔｊｕｎｃｔｉｏｎ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｌｏａｄｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ

■

×

第二组Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｇｒｏｕｐ第四组Ｔｈｅｆｏｕｒｔｈｇｒｏｕｐ

?８８?东北农业大学学报第３９卷

４结论

根据塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应原

理，制作了半导体温差发电器系统，通过试验测试获得了在不同温度下的电气特性。

半导体温差发电器发电电气特性试验结果表明：在开路电压状态下，温差每增加１度，开路电压就增加０．０３５１Ｖ。在负载一定情况下，随温差的变化，负载电压和负载电阻具有一定的Ｖ－Ａ输出特性关系。

在同一温差下，电压减小而电流增加；在温差不变的情况下，负载变大，发电器发出的功率就变大。由伏安特性曲线可以看出，电压与电流成反比关系。在固定负载的情况下，热端温度与负载功率输出基本呈线性规律。

从曲线中可以看出，在温差为７０℃时，随着电流的增加，功率有明显的增加，近似于指数增长。因此，在实际发电中，适当降低发电系统的输

入电阻，提高输出电流就可以得到较高的输出功率。

温差发电是获取能量的一种新方法，在实际应用中如何有效利用能源，达到最大功率的发电效果，使系统长期可靠运行，需要在实践中不断试验和探索。通过半导体温差发电器发电电气特性试验，能够掌握半导体发电器发电的基本特性。其结果对于充分利用半导体发电器的性能具有指导性意义和使用价值。

［

参

考

文

献

］

［１］赵淑敏．工业通风空气调节［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００４．［２］

ＢｅｊａｎＡ．Ａｄｖａｎｃｅｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，１９９７．［３］

许志建，徐行．塞贝克效应与温差发电［Ｊ］．现代物理知识，

２００４（１）：４１－４２．

［４］深圳市广通源实业有限公司．制冷片介绍［ＥＢ／ＯＬ］．（２００７－０２－

１０）．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｔｙ１６８．ｃｏｍ／ｇｌｏｒｙ２．ｈｔｍｌ．

Ｓｔｕｄｙｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｗｉｔｈ

ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｇｅｎｅｒａｔｏｒ

ＪＩＡＮＧＴａｏ１，ＺＨＡＮＧＬｉ１，ＬＩＹａｎｊｕｎ１，ＺＨＥＮＧＳｈｕａｎｇ２，ＯＵＹＡＮＧＢｉｎｌｉｎ１

（１．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００３０，Ｃｈｉｎａ；

２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００２７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｎｏｖｅｌｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｇｅｎｅｒａｔｏｒｗａｓｍａｄｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＳｅｅｂｅｃｋｅｆｆｅｃｔ，ＰｅｌｔｉｅｒｅｆｆｅｃｔａｎｄＴｈｏｍｓｏｎｅｆｆｅｃｔ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄｏｕｔｔｈｒｏｕｇｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｔｅｓｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｌｏａｄｖｏｌｔａｇｅａｐｐｅａｒｅｄａｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｌｉｎｅａｒｉｎ－ｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔａｐｐｅａｒｅｄａｇｅｏｍｅｔｒｉｃｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｌｏａｄｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｄｅｃｉｄｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔｂｅｃａｍｅｈｉｇｈｅｒｗｉｔｈｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｗａｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

姜涛等：半导体温差发电器发电电气特性试验研究第４期?８９?

温差发电模块

温差电池：每片110元，10片以上80元/片，100片以上60元/片。 德国科学家发明了一种利用人体温差产生电能的新型电池，可以给手机等微型电器提供长久的“动力”，因而免去了充电或更换电池的麻烦。 这种电池主要由一个可感应温度的硅芯片构成，当这种特殊的硅芯片正面“感受”到的温度较之背面温度具有一定温差时，其内部电子就会产生定向流动，从而产生微量但却是足够用的电流。组件两面上的温差在0--60度时，可产生电压0--3.8V，电流0--3A。 半导体温差发电模块的应用在此，我们介绍一种新型的半导体温差发电模块,对其性能进行研究,并在此基础上构建了一套小型发电系统,可利用煤灶、篝火等进行发电。并将发的电储在蓄电池中，从而用以照明等。 半导体温度发电模块，是一种利用温差直接将热能转化为电能的全固态能量转化发电装置,它无需化学反应且无机械移动部分,因而具有无噪音,无污染,无磨损,重量轻,使用寿命长等种种优点。被广泛地用于工业余热,废热的回收利用,航天辅助电力系统等。随着能源的短缺及人们不断提高的环境保护意识,特别是全球气候变暖问题,半导体温差发电技术以其各种优点越来越引起人们的关注。 半导体温差发电模块是根据塞贝克效应制成的,即把两种半导体的接合端置于高温,处于低温环境的另一端就可得到电动势E:E=As$T=As(T2-T1)。式中:As为塞贝克系数,其单位为V K或LV K.塞贝克系数AS是由材料本身的电子能带结构决定的。 我们采用的半导体温差发电模块外形尺寸为40mm×40mm×

4mm,共有127对PN结,具有一定的耐高温特性(热端稳定工作温度可达180℃,最高短时冲击温度220℃),热电转化效率为 11.7%。 我国是世界的产煤大国兼农业大国,在广大的农村地区,人们利用煤灶或煤炉烧煤煮饭,取暖等。在北方农村,煤炉通常是24小时持续燃烧。我们利用上述温差发电模块研制发电系统,以便利用煤灶,炉的热能产生电能给手机、蓄电池充电或直接带动节能灯,低功耗电视等其它负载。这一发电系统也适用于野外探险时的篝火,从而解决无市电环境下的用电问题。 基于温差发电模块组的盛水器装置，我们设计的装置是，用底部平整的盛水器,在其底部涂上导热硅脂与温差模块的冷端保持良好的热接触(开水的温度为100℃,所以冷端的温度可维持在120℃～130℃)。模块热端向下紧贴在铝片上(也使用导热硅脂)。盛水器与铝片用销钉锁紧以保持温差模块两面与热,冷源的紧密接触。铝片另外有两个支柱用来调节与煤炉或其它热源之间的距离,当热 源温度较高时可调大铝片与热源之间的空隙,从而使热端温度不高于200℃。 我们采用电炉作为热源,控制热端温度在180-200℃之间，开水沸腾后,测得模块的冷端温度在120～130℃之间,因而STM两端温差最低可维持50～60℃。 通过实验，我们可以看出,半导体温差发电模块作为电源,其

温差发电实验报告

篇一：关于温差发电演示实验的感想 关于温差发电演示实验的感想关于上周的大物实验课，课上指导老师给我们做了很多有趣的演示实验，其中不乏既实用又新颖的一些物理相关设备的演示。各式各样引人注目的物理实验中令人印象最深的是对温差发电的演示。简单的实验设备很好的诠释了温差发电的原理，风扇的转动和灯泡的亮光散发着电的光芒。 从实验室归来后，我主动翻阅有关温差发电的资料，试着想更深层次的了解一下温差发电技术的内容。从查询的资料看来，温差热发电技术是一种利用高、低温热源之间的温差，采用低沸点工作流体作为循环工质，在朗肯循环基础上，用高温热源加热并蒸发循环工质产生的蒸汽推动透平发电的技术，其主要组件包括蒸发器、冷凝器、涡轮机以及工作流体泵．通过高温热源加热蒸发器内的工作流体并使其蒸发，蒸发后的工作流体在涡轮机内绝热膨胀，推动涡轮机的叶片而达到发电的目的，发电后的工作流体被导入冷凝器，并将其热量传给低温热源，因而冷却并再恢复成液体，然后经循环泵送入蒸发器，形成一个循环。巧妙的原理有效的利用了能源，清洁环保的发电思路很是新颖，却又是最符合自然规律的一种体现。关于温差发电，在实际生活中却不仅仅是一种空想。我翻阅着历史上各种关于温差发电的事迹，发现早在1881年9月，巴黎生物物理学家德?阿松瓦尔就提出利用海洋温差发电的设想。1926年11 月，法国科学院建立了一个实验温差发电站，证实了阿松瓦尔的设想。1930 年，阿松瓦尔的学生克洛德在古巴附近的海中建造了一座海水温差发电站。1961 年法国在西非海 岸建成两座3500千瓦的海水温差发电站。美国和瑞典于1979年在夏威夷群岛上共同建成装机容量为1000千瓦的海水温差发电站，美国还计划在21 世纪初建成一座100 万千瓦的海水温差发电装置，以及利用墨西哥湾暖流的热能在东部沿海建立500 座海洋热能发电站，发电 能力达 2 亿千瓦。很多对温差发电的尝试的成功例子，是对物理来源于生活又贡献于生活的最好诠释。另一方面，温差发电在生活中主要应用于海水温差发电，从查阅的资料里我发现关于海水温差发电不仅效率高，来源广，还环保，对资源进行了有效的利用。首先，从海水温差发电的来源看，辽阔的海洋是一个巨大的“储热库”，它能大量地吸收辐射的太阳能，所得到的能量达60 万亿千瓦左右。海洋中上下层水温度的差异，蕴藏着一定的能量，叫做海水温差能，或称海洋热能。利用海水温差发电，这样是对海洋资源的一个极好利用。不仅是对海洋资源的利用，用海水温差发电，还可以得到副产品——淡水，所以说它还具有海水淡化功能。一座10 万千瓦的海水温差发电站，每天可产生378 立方米的淡水，可以用来解决工业用水和饮用水的需要。第三点是，由于电站抽取的深层冷海水中含有丰富的营养盐类，因而发电站周围就会成为浮游生物和鱼类群集的场所，可以增加近海捕鱼量。 由此，在我看来，温差发电在实际中的应用是广泛而且具有很多各方面值得利用的价值的。不仅是对大自然宝贵资源的利用，更是创造了珍贵的新能源，据计算，从南纬20 度到北纬20度的区间海洋洋面，只要把其中一半用来发电，海水水温仅平均下降1C,就能获得600 亿千瓦的电能，相当于目前全世界所产生的全部电能。专家们估计，单在美国的东部海岸由墨西哥湾流出的暖流中，就可获得美国在1980年需用电量的75倍。因此，这样看来，温差发电给我们带来的收益是巨大的。对温差发电在实际生活中的应用，只是我从一个简单的演示实验引发的感想。我所想到的，从温差发电的原理出发，到温差发电的具体概念，及其在生活中的具体应用，及经济价值。其实，我认为除了单纯的利用温差发电做发电厂等等，也可以与其他领域覆盖。比如，在热电厂中，可以利用废热所产生的温差进行发电；或者在有地热的寒冷地区，利用地热以及外界寒冷的环境进行温差发电；另外，有小型连续加热单位，如化工厂、炼钢厂等，可以利用余热进行温差发电。温差发电在生活中可以处处利用，只要应用得当，我认为将会为人类的生存减少很多能源的浪费。这也是说，其实温差发电除了应用于大型的发电站，也可以制作成效的模型，广泛应用于生活中，利用一切不必要浪费的能源。温差发电具有简单的原理，不繁杂的设备，不需要苛刻的外界条件，相信只要在技术上合理规划，是有广阔的前景的。 这只是从物理实验引发的联想及感想，希望在以后的物理学习生活中能够越来越熟悉物理，体会物理的乐趣！篇二：温差发电实验方案

半导体特性分析实验

半导体特性分析实验（PN结I-V特性测试） 在微电子和固态电子学领域，半导体PN结几乎是构成一切有源器件以及像二极管一些无源器件的最基本单元。本实验的目的是了解PN结的基本I-V特性，包括有非线性、整流性质，学习曲线拟合方法，求出波尔兹曼常数。 一、实验目的 了解PN结的基本特性，掌握PN结的伏安特性，学习曲线拟合方法，求出波尔兹曼常数。 二、实验内容 测试未封装PN结的I-V特性曲线，进行曲线拟合，求出波尔兹曼常数。三、仪器设备 4200-SCS半导体特性测试系统，二极管，探针台 四、实验原理 1、PN结的伏安特性 在半导体材料中，P型区域与N型区域的交界处附近会形成一个特殊的区域，这个区域叫PN结。PN结是半导体器件的核心，检测半导体器件实际上就是通过外部引脚测量内部PN结。PN结具有三个重要参数：单向导电；正向导通压降；反向击穿电压，它们是判断PN结好坏、识别无标识的半导体器件类型和各引脚电极的主要依据。二极管就是一个单独封装的PN结。在未封装前检测PN结，进行实时监控，可以更及时迅速发现质量问题，减少浪费。 单向导电：当给PN结施加正向电压时，即正极（连接到P区）接正、负极接负（联结到N区）接负。PN结呈现为导通状态，有正向电流流过，并且该电流将随着正向电压的增加，急剧增大。当给PN结施加相反的电压时，二极管呈现为截止状态，只有少量的穿透电流I BO（μA级以下）流过。 正向导通压降：PN结上加上正向电压导通后，会保持一个相对固定的端电压VF，VF称为“正向导通压降”，其数值依选用的半导体基材不同而有别，锗半导体约为0.3V；硅半导体约为0.7V。

反向击穿电压：当给PN 结施加的反向电压值达到其所能承受的极限值（反向击穿电压VZ ，大小因不同的PN 结有别）时，二极管呈现为导通状态，且在允许的反向电流范围内，其端电压会基本保持为VZ ，即PN 结反向击穿后具有“稳压特性”。 这些参数都可以在伏安特性曲线也就是PN 结的I-V 特性曲线上可以得到。在直角坐标系中，如果以PN 结的端电压V 为横坐标，电流I 为纵坐标，得到一条曲线，该曲线就被称为PN 结的伏安特性曲线，见图1。从图中可以看到，在给二极管加上的正向电压数值必须大于Vr 时才可以导通，Vr 称为死区电压。 图 1 2、由PN 结的伏安特性拟合波尔兹曼常数 从固体理论可知，理想的PN 结的正向电流-电压关系满足下式 1T k eU exp [I I B 0???? ?????= （1） 其中，I 是通过PN 结的正向电流，I 0是反向饱和电流（与半导体的性质和掺杂有关），U 是加在PN 结上的正向电压，T 为绝对温度，k B 为波尔兹曼常数，e 为基本电荷。常温下，38T k /e B ≈，()1T k /eU exp B >>，则（1）式可以近似写成 ??? ?????=T k eU exp I I B 0 （2） 在常温下，PN 结的正向电流随正向电压按e 指数规律变化。测量得到了PN 结的伏安特性以及温度T 后，可以利用基本电荷值，求得波尔兹曼常数k B 。将式 （2）两边取对数，即可得到

大工秋《新能源发电》作业温差发电的利用

网络教育学院 《新能源发电》课程设计 题目：温差发电的利用 学习中心：奥鹏学习中心 层次：本科 专业：电气工程及其自动化 年级： 学号： 学生： 辅导教师：康永红 完成日期： 2016年 05月26日 温差发电的利用 海洋是全世界最大的太阳能收集器，6000万平方千米的热带海洋一天吸收的太阳辐射能，相当于2500亿桶石油的热能。如果将这些热量的1%转化成电力，也将相当于有140亿千瓦装机容量，是美国当今发电能力的20倍以上。海水温差发电，是以一种混合化学液体作为介质，输出功率是以前的1.l-1.2倍。一座3000千瓦级的电站，每千瓦小时的发电成本只有0.6元以下，比柴油发电价格还低。人们预计，利用海水温差发电;如果能在一个世纪内实现，可成为新能源开发的出发点。海水

温差发电，1930年在法国首次试验成功，但当时发出的电能还不如耗去的电力多，因此，没有付诸实施。现在，许多国家都在进行海水温差发电研究。 1. 海洋温差发电技术发展现状 1.1国外研究现状 利用海洋温差产生电力的理论研究和技术研究已有120多年的历史，特别是在上世纪70年代的全球能源危机时期尤其得到重视，近年来研究更是取得了实质性进展。在热带海洋地区大约有6000万平方公里适宜发展海洋温差发电，利用海洋温差发电将能产生目前世界能源需求几倍的发电量。目前，美、印、日等国都建有海洋温差发电站。 利迄今为止,海洋温差发电技术的研究在热动力循环的方式、高效紧凑型热交换器、工质选择以及海洋工程技术等方面均已取得长足的发展,很多技术已渐趋成熟。 1)系统方面以闭式循环最为成熟,已经基本上达到商业化水准。开式循环的主要困难是低压汽轮机的效率太低。工质是闭式循环必须考虑的关键因素。仅从性能角度出发,氨和R22是较为理想的工质,但从环保角度考虑,寻求新工质的努力仍在进行。 2)热交换器是海洋温差发电系统的关键设备,它对装置的效率、结构和经济性有直接的重要影响。热交换器性能的关键是它的型式和材料。钛的传热及防腐性能良好,但是价格过于昂贵。美国阿贡国家实验室的研究人员发现,在腐蚀性暖海水环境下,改进后的钎焊铝换热器寿命可以达到30年以上。板式热交换器体积小,传热效果好、造价低,适合在闭式循环中采用。 3)最新的洛伦兹循环有机液体透平能20～22℃温差下工作,适用于闭式循环装置中。洛伦兹循环的T-S图如图1.1所示。它的热效率和输出功率均小于在温海水进口温度和冷海水进口温度下的卡诺循环(图1.1上T1和T4之差),而等于温海水进出口平均温度和冷海水进出口平均温度下的卡诺循环(图上T2和T3之差)。洛伦兹

半导体温差发电技术

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半导体温差发电技术 半导体温差发电技术，它的工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，于是在半导体两端就产生了直流电压。温差半导体发电有着无噪音、寿命长、性能稳定等特点。可在零下40摄氏度的寒冷环境中迅速启动，因此在实际中得到越来越广泛的应用。温差发电是一种新型的发电方式，利用西伯克效应将热能直接转换为电能。以半导体温差发电模块制造的半导体发电机,只要有温差存在即能发电。工作时无噪音、无污染，使用寿命超过十年，免维护，因而是一种应用广泛的便携电源。半导体温差发电机,目前主要用于油田、野外、军事等领域。该项目的另一市场化领域在于将发电装置用于太阳能、地热、工业废能等的利用，使热能直接转化为电能。另外，半导体发电模块体积小，重量轻，便于携带，可广泛用于小家电制造、仪器仪表、玩具及旅游业。 随着保护环境、节约能源的呼声越来越高、利用温差发电可能是发展大方向、从小型器件到大型电站,将越来越多地把实验室理论应用到实践中去。 目前国内市场上，最新开发的半导体温差发电组件,规格40×4 0×4毫米，其内在0.09欧姆以下，其内阻小、耐高温、长寿命。完全符合开发温差发电机的需要。若能使组件两面保持温差摄氏60

度，则可发出电压3.5V，电流3A--5A，温差减小电压电流也会随之减小。 使用时注意，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。另外注意，温差发电组件受热要均匀，不能直接用明火烤发电组件。要使发电组件平稳贴在高温物体表面，高温热面温度不能超过180度。其冷面必须加装金属散热片，并采取风冷、水冷、油冷或其它冷却措施，确保能够把热面传过来的热量即时带走，以保持发电组件两面的温差，提高发电效果。

半导体激光器pi特性测试实验

太原理工大学现代科技学院 课程实验报告 专业班级 学号 姓名 指导教师

实验名称 半导体激光器P-I 特性测试实验 同组人 专业班级 学号 姓名 成绩 一、 实验目的 1. 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理 2. 了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系 3. 掌握半导体激光器P （平均发送光功率）-I （注入电流）曲线的测试方法 二、 实验仪器 1. ZY12OFCom13BG 型光纤通信原理实验箱 1台 2. 光功率计 1台 3. FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1根 4. 万用表 1台 5. 连接导线 20根 三、 实验原理 半导体激光二极管（LD ）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，（处于高能级E 2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E 1，这个过程称为光的受激辐射。所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。）是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（≥10mW ）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝0.1～1.0nm ），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（>20GHz ）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流I th 尽可能小，I th 对应P 值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比（测试方法见实验四）大， ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

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2009-5-12 1 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=（α s ）2σ/λ（2） 式中：α s 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。 （1）改进材料微观结构，例如结构纳米化。通过纳米技术在热电材料中掺入纳米尺寸的杂质相制备纳米复合结构热电材料（杂质相可为绝缘体、半导体或是金属，也可以为纳米尺寸的空洞），通过调整或者控制掺入杂质的成份、结构和大小得到纳米级的新相，达到提高热电材料ZT值的目的。 （2）开发梯度结构材料。功能梯度材料主要有两种：一种是载流子浓度梯度热电材料，即沿着材料的长度方向载流子浓度被优化，让材料的每一部分在各自的工作区达到最大的优值；另一种是分段复合梯度热电材料，由不同材料连接构成，每段材料工作在最佳温度区，可在大温差范围内工作从而达到较高的热电转换效率。 日本研究人员发现采用5种不同载流子浓度值的PbTe在300~1000K的温度范围内梯度化，其平均热电优值比单一材料增加1.5倍左右。Muller等利用4层不同掺杂浓度的FeSi2制备出热传感器并对其进行了测试，发现该元件在 -50~500℃的范围内Seebeck系数保持在270μV/K，波动小于±2%。Kang等研究 了SiGe/PbTe/Bi 2Te 3 三段层状热电元件，工作温度从室温到1073K，最大效率可 达17%；对二元（PbTe） 1-2 (SnTe)合金进行Ag元素掺杂并实现三段结构梯度化， 结果表明三段梯度热电材料PbTe/(PbTe) 0.8（SnTe） 0.2 /(PbTe) 0.6 （SnTe） 0.4 的最 大输出功率达175W/m2，性能比单段材料至少提高16%。

半导体温差发电技术

半导体温差发电技术 半导体温差发电技术，它的工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，于是在半导体两端就产生了直流电压。温差半导体发电有着无噪音、寿命长、性能稳定等特点。可在零下40摄氏度的寒冷环境中迅速启动，因此在实际中得到越来越广泛的应用。 温差发电是一种新型的发电方式，利用西伯克效应将热能直接转换为电能。以半导体温差发电模块制造的半导体发电机,只要有温差存在即能发电。工作时无噪音、无污染，使用寿命超过十年，免维护，因而是一种应用广泛的便携电源。 半导体温差发电机,目前主要用于油田、野外、军事等领域。该项目的另一市场化领域在于将发电装置用于太阳能、地热、工业废能等的利用，使热能直接转化为电能。另外，半导体发电模块体积小，重量轻，便于携带，可广泛用于小家电制造、仪器仪表、玩具及旅游业。 随着保护环境、节约能源的呼声越来越高、利用温差发电可能是发展大方向、从小型器件到大型电站,将越来越多地把实验室理论应用到实践中去。 目前国内市场上，最新开发的半导体温差发电组件,规格40×40×4毫米，其内在0.09欧姆以下，其内阻小、耐高温、长寿命。完全符合开发温差发电机的需要。若能使组件两面保持温差摄氏60度，则可发出电压3.5V，电流3A--5A，温差减小电压电流也会随之减小。

使用时注意，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。另外注意，温差发电组件受热要均匀，不能直接用明火烤发电组件。要使发电组件平稳贴在高温物体表面，高温热面温度不能超过180度。其冷面必须加装金属散热片，并采取风冷、水冷、油冷或其它冷却措施，确保能够把热面传过来的热量即时带走，以保持发电组件两面的温差，提高发电效果。

温差电池的现状及发展

温差电池的现状及发展

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东北石油大学 电气工程新技术文献综述 2011 年 11月 6日 课程电气工程新技术 研究方向非接触式电能传输技术 院系电气信息工程学院自动化系 专业班级电气08-1班 学生姓名冯小童 学生学号 080603140102 温差电池的现状及发展 摘要:温差电池是利用热电转换材料将热能转化为电能的全静态直接发电方式，具有设备结构紧凑、性能可靠、运行时无噪声、无磨损、移动灵活等优点，有微小温差存在的情况下即可产生电势。在军事、航天、医学、为电子领域具有重要的作用。在现代化经济迅速发展的时期，能源紧缺现象日趋严重，能源与环境问题的日益突出和燃料电池的实用困难，使得温差电池作为适应范围广和符合环保的绿色能源技术吸引了越来越多的关注。本文介绍了温差电池技术的机理，综述了最新研究进展和提高发电效率的途径。 关键词：温差电热能转换温差电池绿色能源 0 引言 温差电技术研究始于20 世纪40 年代，于20 世纪60 年代达到顶峰，并成功的在航天器上实现了长时

发电。近几年来，温差电池不仅在军事和高科技方面，而且在民用方面也表现出了良好的应用前景。日本丰桥科技大学稻垣教授等人首次研制成功世界上第一只温差电池，当前日本在废热利用，特别是陶瓷热能转换材料的研究方面居于世界领先地位；美国倾向于军事、航天和高科技领域的应用；欧盟着重于小功率电源、传感器和运用纳米技术进行产品开发；我国在温差电方面虽有一定实力，但仍处于起步阶段。 1 温差电池简介 温差电池，就是利用温度差异，使热能直接转化为电能的装置。温差电池的材料一般有金属和半导体两种。用金属制成的电池塞贝克效应较小，常用于测量温度、辐射强度等；用半导体制成的温差电池塞贝克塞贝克效应较强，热能转化为电能的效率也较高，因此，可将多个这样的电池组成温差电堆，作为小功率电源。 1.1 塞贝克效应 塞贝克效应，又称为第一热电效应它是指由于温差而产生的热电现象。在两种金属A 和B 组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电视差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。 1.2 帕尔帖效应 1834 年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，发现一个接头变热，一个接头变冷。这

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。由同位素放射产生热量的方式因其能量密度高、工作寿命长、可靠性高等优点被视为理想热源。 医学应用：放射性同位素热源的温差发电器用于向人体植入的器官或辅助器具供电，使之能长期正常工作，如人造心脏或心脏起博器。这类产品可耐受1600K以上的高温，其辐射水平比夜光表还低，依据放射源的半衰期其使用期限可达87年。 海洋和地面应用：随着人类在边远地区、海洋的活动不断增加，对能长期工作而不用太多维修的能源系统的需求日增。美国海军是海洋用放射性同位素温差发电器的最大用户。他们使用的典型发电器为Gulf Millibats，设计的工作深度达10KM，温差电偶材料为碲化铋，热源为同位素锶-90，可以提供电压为1.5到1.8V，功率不小于1W，寿命长达10年，通过直流-直流转化器获得24V的输出电压。1961年12月在Chesapeake Curtis海湾为核动力系统设置的第一台SNAP系统，在阿拉斯加的Umeat无人气象站。该站电能由一个至少6年无需维护的温差发电器提供。 空间应用：卫星用原子核辅助能源系统（SNAP）的发展始于1955年。1961年6月，美国海军装有SNAP3A这种能源系统

冷能温差发电技术及材料研究进展

冷能温差发电技术及材料研究进展 胡　放3　戚学贵　王学生　任　超　代晶晶 (华东理工大学机械与动力工程学院) 摘　要　温差发电技术是一种直接利用热电材料完成热能到电能转换的能源利用技术。介绍近年来关于温差发电的实验和理论研究的国内外现状以及各种热电材料的研究进展和制备状况。 关键词　温差发电　LNG冷能　热电材料　热导率　磁控溅射 0　前言 21世纪的能源短缺促使各国展开多种形式的开源节流,并促使了全球能源体系的重大调整。展望我国从目前到2050年能源需求与保障供应的可能性,煤的份额将由目前的约70%减少至2050年的约40%,天然气、水电、核电份额将有所增长,还有约15%的缺口要靠大规模发展非水能的可再生能源来补足[1]。理论上只要存在冷、热温差,就可转化得到可供利用的能源,故可称为冷、热温差资源为温差能源。开发利用温差能源,国内外已进行了相当多的探索和应用,且工作主要集中于热电转换材料的温差发电[2～4]。 1　L NG冷能利用现状 LNG(liquified natural gas)是天然气经过脱酸、脱水处理,通过低温工艺冷冻液化而成的低温(-162℃)液体混合物。每生产1t LNG的动力及公用设施耗电量约为850k W?h;而在LNG接收站,一般又需将LNG通过气化器气化后使用,气化时放出很大的冷量,其值大约为830kJ/kg(包括液态天然气的气化潜热和气态天然气从储存温度复热到环境温度的显热)。我国将在沿海地区相继建成十几个LNG接收站,每年将进口数以千万吨计的LNG,同时携带着巨额冷量[5]。在高能源价格下,液化天然气的巨大能耗和汽化天然气的冷能浪费使LNG的冷能利用成为热电转换中的新兴领域。 2007年福建已经以每年260×104t的规模进口LNG,华南理工大学[5]为其设计了“超低温冷能的火用分析和火用经济价值估算通过冷媒循环利用LNG 冷能系统”以及“LNG冷能用于空分和中低温冷用户的集成方案”,可以冷却290×104t空气,相当于60000m3/h的氧气制备规模,即一套特大型常规空气分离装置的规模,其大致可以生产11000 m3/h的液氧、47000m3/h的氧气、80000m3/h左右的液氮和氮气,以及1800m3/h左右的氩气。 另外一例国内LNG接收站冷能利用以深圳大鹏湾接受终端[6],如不采用LNG的冷能综合利用技术,每年排入附近海域的冷量将达到215×109 MJ。因此,研究LNG冷能的综合利用技术不仅有利于节约能源,发展循环经济,而且能最大程度减少LNG终端站对附近海域的影响,保证该湾区甚至全部沿海地区的可持续发展。 在国内,LNG低温电能利用尚处于实验室研究阶段。目前所提出的LNG冷能发电主要是利用LNG的低温冷能使发电装置中循环工质液化,而后工质经加热气化再在气轮机中膨胀作功带动发电机发电。全静态的热电材料温差发电方式具有简单、无运动部件、组合方便等很多优点,因此它是一种实现LNG低温冷能温差发电的颇具前景的途径。 北京化工大学的Lu、W ang两人[7]设计开发了直接利用LNG冷能的朗肯循环,以氨水—水作为 3胡放,女,1986年7月生,硕士研究生。上海市,200237。

半导体特性测试仪

4200-SCS半导体特性分析系统- 集成前沿的脉冲能力和精密DC测量，用于65nm节点及更小尺寸 Document Actions 型号：4200-SCS 主要特点及优点 直观的、点击式Windows?操作环境 独特的远端前置放大器，将SMU的分辨率扩展至0.1fA 新的脉冲和脉冲I-V能力用于先进半导体测试 新的示波器卡提供集成的示波器和脉冲测量功能 内置PC提供快速的测试设置、强大的数据分析、制图与打印、以及测试结果的大容量存储 独特的浏览器风格的软件界面，根据器件的类型来安排测试，可以执行多项测试并提供测试序列与循环控制功能

内置stress/measure、looping和数据分析用于点击式可靠性测试，包括五个符合JEDEC 的范例测试 支持多种LCR表、吉时利开关矩阵配置与吉时利3400系列和安捷伦81110脉冲发生器等多种外围设备 包括驱动软件，支持Cascade Microtech Summit12K 系列、 Karl Suss PA-200和PA-300、micromanipulator 的8860 自动和手动探针台 先进半导体支持包括吉时利提供的IC-CAP器件建模包驱动程序并支持Cadence BSIM ProPlus/Virtuoso 和Silvaco UTMOST器件建模工具 容易使用的4200-SCS型半导体特性分析系统用于实验室级的器件直流参数测试、实时绘图与分析，具有高精度和亚fA级的分辨率。它提供了最先进的系统集成能力，包括完整的嵌入式PC 机，Windows NT操作系统与大容量存储器。其自动记录、点击式接口加速并简化了获取数据的过程，这样用户可以更快地开始分析测试结果。更多特性使stress-measure能力适合广泛的可靠性测试。 相关应用 半导体器件 片上参数测试 晶圆级可靠性 封装器件特性分析 C-V/I-V 特性分析，需选件4200-590高频C-V分析器 高K栅电荷俘获 受自加热效应影响的器件和材料的等温测试 Charge pumping用于MOSFET器件的界面态密度分析 电阻性的或电容性的MEM驱动器特性分析 光电子器件

温差发电的原理

温差发电原理 温度这个名词是因为我们天天听得到，所以不去问什么是温度的实质。温度是指一定环境下物体内分子或原子热运动的速度”比如气温就是指气体分子的运动速度。不过他们的运动是热”运动，没有固定的方向，或者说物体内由于分子相互碰撞，能量相互传递，方向时时因碰撞而改变。故物体内分子运动很快达到同一运动速度状态” 再说温度传递。两片具有温差的物体接近时，有两种方式可以形成热”传递。或者说形成分子运动速度传递。第一是分子碰撞，温度低的速度慢，能量低。温度高的速度快。两者结合再一起，最终形成中和”第二种是热辐射”说到底就是电磁辐射” 只是这种电磁辐射的波长要比可见光长一些，但温度高时发出的辐射就是可见光”了。所以说在空间内电磁辐射”是能量传递的最基本形式。物体只要在绝对零度以上就能向外界发射电磁辐射”线。只是不同物体在不同温度下，电磁辐射的强度不同。温差就是指两种物体在接触时电磁辐射强度有差别。即物体间存在电磁场强度差别，即存在电位差”或者说存在电动势”导线可以理解为等势体”这样温度不同的物体间接一导线，有电流”产生就好理解了。温差发电”就不奇怪了。 温差发电将热能直接转化为电能，只有微小温差存在的情况下也能应用，是适用范围很广的绿色环保型能源一一它甚至能利用人的体热，为各种便携式设备供电，真正做到，变废为宝？。”华东理工大学机械工程学院涂善东教授、栾伟玲副教授认为，温差电技术正重新成为全球研究的热点，值得我国科学技术研究部门的重视。 就温差电技术的机理、该领域最新研究进展、进行推广应用的紧迫性和当前可能取得进展的突破点等问题，两位从事能源材料与设备技术研究的专家接受了本报记者的专访。 Seebeck 效应 温差发电通过热电转换材料得以实现，而检定热电转换材料的标志，在于它的三个基本效应：Peltier效应、Seebeck效应和Thomson效应。”栾伟玲副教授说，正是这三个效应，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前景。其中，Seebeck效应是温差发电的基础。 1821年，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，又通过进一步实验发现回路中存在电动势。这一效应的发现，为测温热电偶、温差发电和温差电传感器的制作奠定了基础。 栾伟玲介绍，热电转换材料直接将热能转化为电能，是一种全固态能量转换方式，无需化学反应或流体介质，因而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，在军用电池、远程空间探测器、远距离通讯与导航、微电子等特殊应用领域具有无可替代”的地位。在21世纪全球环境和能源条件恶化、燃料电池又难以进入实际应用的情况下，温差电技术更成为引人注目的研究方向。

4200-SCS 半导体特性分析系统

4200-SCS 半导体特性分析系统 主要特点及优点: ? 直观的、点击式Windows 操作环境 ? 独特的远端前置放大器，将SMU的分辨率扩展至0.1fA ? 内置PC提供快速的测试设置、强大的数据分析、制图与打印、以及测试结果的大容量存储 ? 独特的浏览器风格的软件界面，根据器件的类型来安排测试，可以执行多项测试并提供测试序列与循环控制功能 ? 支持Keithley590 型与Agilent 4284 型C-V 仪、Keithley 开关矩阵与Agilent 81110 脉冲发生器等多种外围设备 ? 硬件由Keithley 交互式测试环境（KITE）来控制 ? 用户测试模块功能，可用于外接仪表控制与测试平台集成，是KITE功能的扩充? 包括驱动软件，支持Cascade Microtech Summit12K 系列、Karl Suss PA-200、micromanipulator 的8860 自动和手动探针台 容易使用的4200-SCS型半导体特性分析系统用于实验室级的器件直流参数测试、实时绘图与分析，具有高精度和亚fA级的分辨率。它提供了最先进的系统集成能力，包括完整的嵌入式PC机，Windows NT操作系统与大容量存储器。其自动记录、点击式接口加速并简化了获取数据的过程，这样用户可以更快地开始分析测试结果。4200-SCS 提供了很大的灵活性，其硬件选项包括开关矩阵、Keithley 与Agilent C-V 仪以及脉冲发生器等多种选择。 4200-SCS为模块化结构配置非常灵活。系统最多可支持八个源－测量单元，包括最多四个具有1A/20W能力的大功率SMU。远端前置放大器选件4200-PA，可以有效地减少长电缆所贡献的噪声，且使SMU扩大五个小电流量程，使其测量能力扩展到0.1fA。前置放大器模块同系统有机地组合成一体，从使用者看来，相当于扩充了SMU的测量分辨率。 *欲了解更详细信息（英文）-您可以在搜索栏中输入型号的号码进行查询。

汽车尾气温差发电系统

汽车尾气温差发电系统 Automobile exhaust thermoelectric power generation system 摘要 (Abstract)： 汽车尾气会以热的形式大量散失, 散失的热量在100瓦的量级。 本项目基于微电脑控制技术将汽车发动机尾气原本以余热直接排放到大气中的能量，运用半导体温差发电组件转化成电能回收利用。并且将发电核心装置和汽车三元催化器结合。使此装置在现有车辆上应用的可行性大幅度提高，并且弥补了三元催化器在汽车启动时催化效率低的缺陷。 发电核心模块为全固态结构，正常使用时间达10-15年。基于开关稳压电路设计的稳压模块为车载电器提供稳定的12V电源。发电组件在为车载电器供电还有盈余时对蓄电池充电。并且发电组件的工作情况，发电功率等信息通过显示器显示。同时发电组件和发动机三元催化器结合，在发动机启动时蓄电池为发电组件供电，发电组件具有制热功能可以为三元催化器加热，缩短发动机起动时三元催化器达到正常催化效率温度的时间，从而提升三元催化器在发动机启动时的催化效率。当发动机正常工作时发电组件高温面的温度符合三元催化器正常工作温度范围。所以两部分结合既可以提升三元催化器在发动机起动时的催化性能，又方便此系统在现有车辆上安装。 关键词（keyword）:汽车尾气发电；温差发电；三元催化器；节能减排。

1、引言（Introduction） 1.1. 课题的背景和意义 当前, 我们社会面临环境恶化和能源危机的威胁, 人类的可持续发展需要对绿色能源技术的发展给予更多地关注?这使得温差发电技术越来越引人注目, 该技术是一种固态能量转换方式, 能够直接将热能转化为电能? 半导体温差发电组件无机械转动, 因而无噪声?寿命长?工作稳定可靠?轻便,且可利用各种设备的废热、余热等, 因而适用于军事、勘探和边远地区等的小功率发电和深空探测?另外, 半导体发电模块可广泛用于小家电制造、仪器仪表、玩具及旅游业。由于传统能源价格日益高涨，废热回收利用愈形重要，热电废热回收技术可望继太阳光电技术之外，成为下一波新兴产业。 其技术特点:利用汽车尾气发出的电给汽车电瓶充电，供应用电系统 1.2. 国内外研究现状及我国的研究近况 人们对能源的不断的需求，以及环境保护意识的日益增强，使得各国科学家不断探索新的能源，例如：风能、太阳能、潮汐和地热发电等。科学家开始尝试利用汽车尾气的余热发电，而汽车的余热发出的电相当于有“1000节AA电池”。 美国加州的热力生命能量公司主要生产工业用温差发电系统。该公司目前也在研制能够在只有几摄氏度温差环境下工作的发电机，这与汽车尾气发电的原理大致相当。将1000台这样的发电机组合在一起，就能够提高能量输出。该公司已经研制成功的原型系统可以在50度温差条件下发电100W，足以驱动一个心脏起搏器或者生物传感器。而美国北卡三角州国际研究院采用纳米材料制成1 cm3大小的发电装置，可以在0.9oC温差范围内，输出144W电量，考虑到能量损失，最终输出电量也达到了67W，足以维持心脏起搏器正常工作，这块贴片输出的10~20 mw的电量，也可以为充电电池补足3次电力。 1.3. 汽车尾气温差发电 早在1821年，德国物理学家塞贝克发现了温差电势，温差电势的大小，同被加热的接点（热端）和没有加热的冷端的温度差成正比，而且与两种导体本身的材料有关。基于此原理的热电偶作为工业测温的主要探测头。利用“塞贝克效应”原理来开发发电电池有着广阔的前景。

半导体温差发电机原理及制作

半导体温差发电机原理及制作 编辑：https://www.wendangku.net/doc/0f17638824.html, 文章来源：网络我们无意侵犯您的权益,如有侵犯请[联系我们] 半导体温差发电机原理及制作 笔者以蜂窝煤热水炉的进出水为温差源，制作了一台半导体温差发电装置，原理框图 见上图。 半导体温差发电是一种将温差能（热能）转化成电能的固体状态能量转化方式。发电 装置无化学反应和机械运动，无噪声、无污染、无磨损、寿命长。它的核心部件是半 导体温差电偶模块（因多用于制冷，亦称半导体致冷片，电子元器件市场大多有售）。将它的两根引出线连接到万用表的电压或电流挡，用体温传导到它的一个面，使其两 面形成温差，指针就会偏转，实实在在的温差发电就展现在你的面前。但是，目前半 导体温差电偶模块热电转化效率低，近年有研究表明最高不到5％，这是半导体温差 发电实用化的最大障碍。 制作半导体温差发电装置的第一件事是选择温差源。供一个家庭利用的温差源十分有限，可说说也挺多。 一是炊事温差，烧天然气、石油液化气、煤炭、沼气等等产生高温；二是空调、暖气 温差；三是地温温差，庭院井水、溪水与地表的温差；四是太阳能温差，用太阳能热 水器、太阳灶获得热量；五是冬季冰雪与室内、地下的温差，等等。但是，利用起来 必须满足方便获得、经济、持续和有足够的能量的要求。实验表明，对目前通常的半 导体温差发电模块每提供摄氏1度的温差可相应产生约0.03V电压，可见温差小就没 有实际利用价值。本人之所以选择蜂窝煤热水炉的进出水为温差源，是因为炉火昼夜 不熄，炉灶热水与进水（自来水）的温差大，夏季摄氏60多度，冬季可达摄氏90多度，且比较稳定。同时利用自来水的压力解决了能量无耗输送的难题，只要家庭成员 洗菜、洗碗、洗手、洗脸、洗澡等一用热水，就能获得理想的温差。特别需要强调的是，半导体温差电偶模块是良好的导热体，如果两面没有高低温两种能量的输送，温 差就不能维持，保温做得再好，模块两面的温度接近也是枉然。这是许多失败案例的 根本原因。本发电装置用的是“过路水”，能耗视同为零，同时对热水的降温也不十 分明显。中图是该装置的结构示意图。 制作要点如下： 1.介质导管和高低温差面的制作将两根直径30.5mm、长1000mm的铝管两端车丝，以便在使用时经活接头接人蜂窝煤热水炉的冷、热水管路，按图2剖面的形状加工后，分别和宽60mm、厚3mm、长1000mm的铝条焊在一起，焊接要充分、厚实。铝条 与半导体温差发电模块相贴的冷热端传导面要平整光滑。再试着将要安装的半导体温