新疆地区太阳能温差发电模型设计

莫龙飞++张楠楠++张晓

摘 要：基于温差发电理论，结合塞贝克效应，将太阳能与半导体温差发电模块组合起来，使新疆地区丰富的太阳能通过温差发电模块转化为电能，实现太阳能的储存和利用。本文设计的太阳能温差发电器具有无噪声、无污染、性能稳定的特点，并依据太阳能温差发电的性能指标，不断改进，提升温差发电器的转化效率，这对于促进新能源的广泛利用，提高用户节能减排意识有着较为重大的意义。

关键词：太阳能 半导体温差发电片 恒压充电

中图分类号：TK513.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（c）-0053-02

太阳能温差发电也叫做热电发电，这种技术具有无噪声、寿命长、结构简单等优点，是一种绿色环保的发电方式。温差发电技术的研究最早开始于20世纪40年代，由于其显著的优点，温差发电在军事、航空等领域得到了广泛的应用。随着能源的日趋枯竭，美国、日本等发达国家在温差发电技术方已取得了很多实用效果。目前，我国作为世界上最大的半导体发电器输出国，在温差发电技术领域的研究设计和应用方面还有些欠缺，因此，太阳能温差发电器的研究有着很大的发展空间。

1 模型总体架构

太阳能温差发电装置由太阳能集热装置、冷水系统、半导体温差发电模块、太阳能光热转换板及保护电路组成，它的核心部分是半导体温差发电模块与保护电路。其中太阳能集热装置应具有较高的导热性，例如：铜、铝等材料。冷水系统是由具有良好的散热材料组成，将此种材料做成冷水箱的形式，通过冷空气及冷水的出入降低模块的冷端。半导体温差发电模块采用常见的SP1848-27145型号的温差发电片。蓄电池是电路输出电能存放的关键部分，可将多余的电能进行储存和利用，目前还未有专用的热电转换储能的蓄电池，一般使用常规的铅蓄电池。模型总体架构如图1所示。

2 装置模块设计

2.1 太阳能集热曲面设计

本装置用的是复合抛物面聚光器，它依据边缘光线原理设计，可以将给定接受角范围内的入射光线按理想聚光比收集到接收器上，通过抛物面太阳灶聚集太阳光，它通过反射或折射的方式将大面积发散的太阳光聚焦成所要求的光斑，也就是将分散的太阳能汇聚到温差发电器的太阳能集热板上，作为太阳能温差发电的热源。为保证采光的持续和稳定，集热曲面模型与步进电机相连，通过查询新疆地区日照接受角度的大小和收集太阳光的小时数，太阳能集热曲面倾斜角度可随温度、季节稍作调整，极大地提高了其稳定性和可靠性。为提高集热曲面的聚热效果，在抛物面表面贴上反光纸，它加强了光线的反射和折射能力，比较环保便捷。

2.2 温差发电模块的设计

本装置的温差发电模块选用的是SP1848-27145型号的温差发电片，实物如图2。此温差发电装置无转动部分，因而无噪声、寿命长、工作稳定可靠、轻便，且可以利用各种能源，包括固、液、气态燃料以及各种设备的废热、余热作为它的热源，生活废水即可以作为它的冷源。 由于相同模块数之间的串并联连接方式不同，会得到不同的输出值，在太阳热源温度相同、模块冷端温度相同、环境温度相同、模块数量等相同条件下，第一组使用三三串联再并联，第二组使用6个模块串联，具体排列方式如图3、图4所示。

在输出比较稳定时，测得模块串并时电流电压如表1所示

通过上表计算模块串联时输出平均功率为42.70W，模块并联时输出功率为44.22W，因此得到以下结论：不同的连接方式，输出功率相差不大。结合电路稳定性，选择并联式方法较为适宜。

2.3 水对流散热模型设计

本装置的散热模块为铝材料吸热板，尺寸为边长200mm，厚为5mm的矩形铝材水箱，水箱的侧面分别有一高一低的进出水口，当水流的速度越大时，水箱的散热效果越好，为保证流入的水分缓慢蒸发，在水箱的上方加上密封盖，此处水可以为厨房用水、工厂废水等水源。

3 太阳能温差发电模型存在问题

聚光抛物面对热源的收集不够高效，不能达到稳定的高温差效果，对系统的性能有较大影响。外部电路中有部分电路需要接入电阻，降低了温差发电的效率。温差发电模块所需要的电路与外部电路连接时没有达到最佳匹配值，影响了温差发电系统的发电效率。

4 结语

太阳能作为一种新的绿色能源，它是人类可以利用的最丰富的能源，在我们身边无论何处只要有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区尤其是新疆地区更具有利用价值。太阳能是一种洁净的能源，在開发利用时，不会产生废渣、废气、废水、也没有噪声，更不会影响生态平衡，绝对不会造成污染和公害。如今太阳能的应用很广泛，如热水器、开水器、采暖和制冷、温室与太阳房、太阳灶和高温炉等。在未来的能源利用中，太阳能将是不可缺少的能源之一，太阳能的利用必将成为未来绿色能源不可阻挡的趋势。

参考文献

[1] 王立舒，梁秋艳，李琳，等.聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验[J].农业工程学报，2015（24）：64-71.

[2] 朱冬生，吴红霞，漆小玲，等.太阳能温差发电技术的研究进展[J].电源技术，2012（3）：431-434.endprint