温差发电技术的发展与展望

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1、兰兰兰兰兰兰l曼星温差发电技术的发展与展望口文／黄银盛，朱冬生一节能与环保是21世纪人类面临的严重问题。在不断研发传统能源节能技术的同时，开发新能源和充分利用低歙捕品位能源，寻求一种新型、清洁、可靠的可持续能源系统，便成为世界各1~16t追求目标。这使得温差发电技术越来越弓1人注目，该技术是一种固态能量转换方式，利用塞贝克效应直接将热能转化为电能，具有无运动部件、无噪声、体积小、重量轻、适应性强等特点，是绿色环保的发电方，可以合理利用太阳能、地热能、工业余热等低，品位能源。作为一种新型能源利用技术，半导体温差发电技术有着广阔的应用前景。一、温差发

2、电技术基本原理温差电效应是德国科学家塞贝克于1821年首先发现的，人们称之为塞贝克(Seebeck)效应，即两种不同的狰墙睁墙金属构成闭合回路，当两个接头存在温差时，回路中将产鱼囊电鼍生电流，这一效应为温差发电技术奠定了基础。温差发电的原理如图1所示：在P型(N型)半导体图1温差发电原理示意图中，由于热激发作用较强，高温端的空穴(电子)浓度比低温端大，因此在这种浓度梯度的驱动下，空穴(电子)就会从高温端向低温端扩散，这种电荷的积累就会成电势二、温差发电技术国外研究进展差。将P型和N型半导体的热端相连，则在冷端可得到一个电压，这样一个PN结就可以利

3、用高温热源与低温热源之间温差电技术的研究起始于20世纪40年代。最早把温的温差将热量直接转换成电能。将很多个这样的PN结串联差发电实用化的是前苏联，他们利用煤油灯或木材燃烧作起来，就可得到足够高的电压，成为一个温差发电器。为热源，在边远的地区给收音机供电。研究表明。温差发堡堕兰兰兰竺兰兰兰i电系统的温差越大、材料优值越高，发电的效率就越高。地区的转销产品，半导体材料基本依靠进口。我国在这一自20世纪60年代以来，一些具有较好热电性能的材料，如领域目前发展还不是很快，技术成熟度低，量产企业产品Bi2Te3，PbTe，SiGe相继问世，温差发电技术的

4、应用研究原料和核心技术都受到国外的限制。开始引起人们的高度关注，并成功地在在航天器上实现了长期发电。科学家对所有已知的热电材料进行了测试，发现Bi—Sb—Te系材料的热电性能最好，优值系数可达到1。。．．．如果能把优值提高到3以上，则由这种材料制成的温差电装▲置可达到接近于理想卡诺机的效率。这将在发电领域引起····一场革命。随着现代固体物理及其理论的研究与发展，科学家们又先后提出了电子晶体、声子玻璃的材料结构；基于能带理论的具有量子限域效应的量子结构，如超晶格材．．．·料结构等，尤其是其作为远程探测器电源的不可替代性，温差电半导体材料的研究又进

5、入了一个新高潮，科技发达国家已先后将发展温差发电技术列入了中长期能源开发计划。美国能源部于2003年11月1宣布资助太平洋西北国家实验室、密西根技术大学等单位，重点支持他们在高性能四、温差发电技术的应用热电材料和应用技术方面的研究，特别是低品位热源与工业余热废热的利用。日本近几年开展了一系列以“固体废半导体温差发电机目前主要用于油田、野外、军事等物燃烧能源回收研究计划”为题的政府计划，研究用于固领域。如美国TeledyneInc．开发的军用、油田专用发电机体废物焚烧炉的废热发电技术，将透平机和温差发电机结年销售额超过十亿美元。该项目的另一市场化领

6、域在于将合，实现不同规模垃圾焚烧热的最大利用。欧洲20余个研发电装置用于太阳能、地热、工业废能等的利用，使热能究机构也已联合进行了汽车发动机余热发电方面的预研，直接转化为电能。在工业冷却水和载货汽车发动机的余热并正在组织“纳瓦到兆瓦热电能量转换”大型科研项目，利用的初步实验表明：半导体温差发电方式是在这种场合并着重开发小功率电源、传感器和运用纳米技术进行产品下颇具潜力的节能途径。此外，半导体发电模块体积小，研发。美国能源部和纽约州能源研究开发权利机构开发的重量轻，便于携带，可广泛用于小家电制造、仪器仪表、汽车尾气余热发电系统，使用20组HZ一20

7、温差电组件，汽玩具及旅游业。车时速112公里时，最大温差174℃，最大输出功率255W(一)太阳能发电。2006年，BSST的科学家和BMW联合宣布，商用的汽车太阳能是人类可直接利用的清洁能源之一。在寻找温差发电系统将于2013年投入使用。新能源的探索中，太阳能无疑是目前最好的选择。温差发电开辟了利用太阳能的一个新途径。太阳能温差发电技术温差发电技术国内研究进展是先通过集热器将太阳能转换为热能，再利用塞贝克效应(温差电效应)将热能转换为电能。传统的太阳能热发电国内在温差发电方面的研究起步相对较晚，主要集中方式都用发电机或蒸汽轮机作原动机，噪声很大

8、，并普遍在理论和热电材料的制备等方面的研究。经过近几年来在造成环境的变迁与污染。此外，这些带运动部件的系统都国家自然科学基金以及国家“8