新疆地區(qū)太陽能溫差發(fā)電模型設(shè)計(jì)

莫龍飛++張楠楠++張曉

摘 要：基于溫差發(fā)電理論，結(jié)合塞貝克效應(yīng)，將太陽能與半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊組合起來，使新疆地區(qū)豐富的太陽能通過溫差發(fā)電模塊轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)太陽能的儲(chǔ)存和利用。本文設(shè)計(jì)的太陽能溫差發(fā)電器具有無噪聲、無污染、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，并依據(jù)太陽能溫差發(fā)電的性能指標(biāo)，不斷改進(jìn)，提升溫差發(fā)電器的轉(zhuǎn)化效率，這對(duì)于促進(jìn)新能源的廣泛利用，提高用戶節(jié)能減排意識(shí)有著較為重大的意義。

關(guān)鍵詞：太陽能 半導(dǎo)體溫差發(fā)電片 恒壓充電

中圖分類號(hào)：TK513.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）08（c）-0053-02

太陽能溫差發(fā)電也叫做熱電發(fā)電，這種技術(shù)具有無噪聲、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色環(huán)保的發(fā)電方式。溫差發(fā)電技術(shù)的研究最早開始于20世紀(jì)40年代，由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)，溫差發(fā)電在軍事、航空等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著能源的日趨枯竭，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在溫差發(fā)電技術(shù)方已取得了很多實(shí)用效果。目前，我國(guó)作為世界上最大的半導(dǎo)體發(fā)電器輸出國(guó)，在溫差發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的研究設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面還有些欠缺，因此，太陽能溫差發(fā)電器的研究有著很大的發(fā)展空間。

1 模型總體架構(gòu)

太陽能溫差發(fā)電裝置由太陽能集熱裝置、冷水系統(tǒng)、半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊、太陽能光熱轉(zhuǎn)換板及保護(hù)電路組成，它的核心部分是半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊與保護(hù)電路。其中太陽能集熱裝置應(yīng)具有較高的導(dǎo)熱性，例如：銅、鋁等材料。冷水系統(tǒng)是由具有良好的散熱材料組成，將此種材料做成冷水箱的形式，通過冷空氣及冷水的出入降低模塊的冷端。半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊采用常見的SP1848-27145型號(hào)的溫差發(fā)電片。蓄電池是電路輸出電能存放的關(guān)鍵部分，可將多余的電能進(jìn)行儲(chǔ)存和利用，目前還未有專用的熱電轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能的蓄電池，一般使用常規(guī)的鉛蓄電池。模型總體架構(gòu)如圖1所示。

2 裝置模塊設(shè)計(jì)

2.1 太陽能集熱曲面設(shè)計(jì)

本裝置用的是復(fù)合拋物面聚光器，它依據(jù)邊緣光線原理設(shè)計(jì)，可以將給定接受角范圍內(nèi)的入射光線按理想聚光比收集到接收器上，通過拋物面太陽灶聚集太陽光，它通過反射或折射的方式將大面積發(fā)散的太陽光聚焦成所要求的光斑，也就是將分散的太陽能匯聚到溫差發(fā)電器的太陽能集熱板上，作為太陽能溫差發(fā)電的熱源。為保證采光的持續(xù)和穩(wěn)定，集熱曲面模型與步進(jìn)電機(jī)相連，通過查詢新疆地區(qū)日照接受角度的大小和收集太陽光的小時(shí)數(shù)，太陽能集熱曲面傾斜角度可隨溫度、季節(jié)稍作調(diào)整，極大地提高了其穩(wěn)定性和可靠性。為提高集熱曲面的聚熱效果，在拋物面表面貼上反光紙，它加強(qiáng)了光線的反射和折射能力，比較環(huán)保便捷。

2.2 溫差發(fā)電模塊的設(shè)計(jì)

本裝置的溫差發(fā)電模塊選用的是SP1848-27145型號(hào)的溫差發(fā)電片，實(shí)物如圖2。此溫差發(fā)電裝置無轉(zhuǎn)動(dòng)部分，因而無噪聲、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠、輕便，且可以利用各種能源，包括固、液、氣態(tài)燃料以及各種設(shè)備的廢熱、余熱作為它的熱源，生活廢水即可以作為它的冷源。 由于相同模塊數(shù)之間的串并聯(lián)連接方式不同，會(huì)得到不同的輸出值，在太陽熱源溫度相同、模塊冷端溫度相同、環(huán)境溫度相同、模塊數(shù)量等相同條件下，第一組使用三三串聯(lián)再并聯(lián)，第二組使用6個(gè)模塊串聯(lián)，具體排列方式如圖3、圖4所示。

在輸出比較穩(wěn)定時(shí)，測(cè)得模塊串并時(shí)電流電壓如表1所示

通過上表計(jì)算模塊串聯(lián)時(shí)輸出平均功率為42.70W，模塊并聯(lián)時(shí)輸出功率為44.22W，因此得到以下結(jié)論：不同的連接方式，輸出功率相差不大。結(jié)合電路穩(wěn)定性，選擇并聯(lián)式方法較為適宜。

2.3 水對(duì)流散熱模型設(shè)計(jì)

本裝置的散熱模塊為鋁材料吸熱板，尺寸為邊長(zhǎng)200mm，厚為5mm的矩形鋁材水箱，水箱的側(cè)面分別有一高一低的進(jìn)出水口，當(dāng)水流的速度越大時(shí)，水箱的散熱效果越好，為保證流入的水分緩慢蒸發(fā)，在水箱的上方加上密封蓋，此處水可以為廚房用水、工廠廢水等水源。

3 太陽能溫差發(fā)電模型存在問題

聚光拋物面對(duì)熱源的收集不夠高效，不能達(dá)到穩(wěn)定的高溫差效果，對(duì)系統(tǒng)的性能有較大影響。外部電路中有部分電路需要接入電阻，降低了溫差發(fā)電的效率。溫差發(fā)電模塊所需要的電路與外部電路連接時(shí)沒有達(dá)到最佳匹配值，影響了溫差發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。

4 結(jié)語

太陽能作為一種新的綠色能源，它是人類可以利用的最豐富的能源，在我們身邊無論何處只要有太陽能，可以就地開發(fā)利用，不存在運(yùn)輸問題，尤其對(duì)交通不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)尤其是新疆地區(qū)更具有利用價(jià)值。太陽能是一種潔凈的能源，在開發(fā)利用時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢氣、廢水、也沒有噪聲，更不會(huì)影響生態(tài)平衡，絕對(duì)不會(huì)造成污染和公害。如今太陽能的應(yīng)用很廣泛，如熱水器、開水器、采暖和制冷、溫室與太陽房、太陽灶和高溫爐等。在未來的能源利用中，太陽能將是不可缺少的能源之一，太陽能的利用必將成為未來綠色能源不可阻擋的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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