新疆地區太陽能溫差發電模型設計

莫龍飛++張楠楠++張曉

摘 要：基于溫差發電理論，結合塞貝克效應，將太陽能與半導體溫差發電模塊組合起來，使新疆地區豐富的太陽能通過溫差發電模塊轉化為電能，實現太陽能的儲存和利用。本文設計的太陽能溫差發電器具有無噪聲、無污染、性能穩定的特點，并依據太陽能溫差發電的性能指標，不斷改進，提升溫差發電器的轉化效率，這對于促進新能源的廣泛利用，提高用戶節能減排意識有著較為重大的意義。

關鍵詞：太陽能 半導體溫差發電片 恒壓充電

中圖分類號：TK513.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（c）-0053-02

太陽能溫差發電也叫做熱電發電，這種技術具有無噪聲、壽命長、結構簡單等優點，是一種綠色環保的發電方式。溫差發電技術的研究最早開始于20世紀40年代，由于其顯著的優點，溫差發電在軍事、航空等領域得到了廣泛的應用。隨著能源的日趨枯竭，美國、日本等發達國家在溫差發電技術方已取得了很多實用效果。目前，我國作為世界上最大的半導體發電器輸出國，在溫差發電技術領域的研究設計和應用方面還有些欠缺，因此，太陽能溫差發電器的研究有著很大的發展空間。

1 模型總體架構

太陽能溫差發電裝置由太陽能集熱裝置、冷水系統、半導體溫差發電模塊、太陽能光熱轉換板及保護電路組成，它的核心部分是半導體溫差發電模塊與保護電路。其中太陽能集熱裝置應具有較高的導熱性，例如：銅、鋁等材料。冷水系統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。半導體溫差發電模塊采用常見的SP1848-27145型號的溫差發電片。蓄電池是電路輸出電能存放的關鍵部分，可將多余的電能進行儲存和利用，目前還未有專用的熱電轉換儲能的蓄電池，一般使用常規的鉛蓄電池。模型總體架構如圖1所示。

2 裝置模塊設計

2.1 太陽能集熱曲面設計

本裝置用的是復合拋物面聚光器，它依據邊緣光線原理設計，可以將給定接受角范圍內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電器的太陽能集熱板上，作為太陽能溫差發電的熱源。為保證采光的持續和穩定，集熱曲面模型與步進電機相連，通過查詢新疆地區日照接受角度的大小和收集太陽光的小時數，太陽能集熱曲面傾斜角度可隨溫度、季節稍作調整，極大地提高了其穩定性和可靠性。為提高集熱曲面的聚熱效果，在拋物面表面貼上反光紙，它加強了光線的反射和折射能力，比較環保便捷。

2.2 溫差發電模塊的設計

本裝置的溫差發電模塊選用的是SP1848-27145型號的溫差發電片，實物如圖2。此溫差發電裝置無轉動部分，因而無噪聲、壽命長、工作穩定可靠、輕便，且可以利用各種能源，包括固、液、氣態燃料以及各種設備的廢熱、余熱作為它的熱源，生活廢水即可以作為它的冷源。 由于相同模塊數之間的串并聯連接方式不同，會得到不同的輸出值，在太陽熱源溫度相同、模塊冷端溫度相同、環境溫度相同、模塊數量等相同條件下，第一組使用三三串聯再并聯，第二組使用6個模塊串聯，具體排列方式如圖3、圖4所示。

在輸出比較穩定時，測得模塊串并時電流電壓如表1所示

通過上表計算模塊串聯時輸出平均功率為42.70W，模塊并聯時輸出功率為44.22W，因此得到以下結論：不同的連接方式，輸出功率相差不大。結合電路穩定性，選擇并聯式方法較為適宜。

2.3 水對流散熱模型設計

本裝置的散熱模塊為鋁材料吸熱板，尺寸為邊長200mm，厚為5mm的矩形鋁材水箱，水箱的側面分別有一高一低的進出水口，當水流的速度越大時，水箱的散熱效果越好，為保證流入的水分緩慢蒸發，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 太陽能溫差發電模型存在問題

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

4 結語

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，可以就地開發利用，不存在運輸問題，尤其對交通不發達的農村、海島和邊遠地區尤其是新疆地區更具有利用價值。太陽能是一種潔凈的能源，在開發利用時，不會產生廢渣、廢氣、廢水、也沒有噪聲，更不會影響生態平衡，絕對不會造成污染和公害。如今太陽能的應用很廣泛，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。

參考文獻

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[2] 朱冬生，吳紅霞，漆小玲，等.太陽能溫差發電技術的研究進展[J].電源技術，2012（3）：431-434.endprint