浅析太阳能温差发电技术及应用

1引言

能源是人类生存的基础，是经济发展的首要问

题，随着社会生产的进步和人民生活水平的提高，能

源的需求正在大幅度增加。我国能源总量丰富，但人均相对不足，仍难以满足迅速发展的国民经济的需要。如今人类不仅已经认识到矿物燃料资源的有限，而且也认识到矿物燃料的大量使用会造成环境污染，导致全球环境恶化，出现生态失衡及温室效应等不利于社会可持续发展的现象。随着能源供需矛盾的日益突出，在不危害环境的前提下，如何最大限度的提高能源利用效率已成为世界各国普遍关注的问题。自然界中存在着无穷无尽的低温热资源，而人类生产生活过程中也时刻产生着大量的低温热资源，绝大部分都因难以回收利用而直接进入环境之中。

目前，我国能源的利用率较低，迫切需要新型能

源利用技术以节约能源和提高效率。温差发电技术具有较多优点，在低品位热能利用方面具有独特的优势和良好的应用前景，应大力发展。而太阳能是一

种清洁、无污染的能源，它取之不尽，用之不竭，是风能、潮汐能、生物质能等可再生能源中最重要的基本能源。作为可利用的能源，主要有光—电转换(发电)、光—化学转换(制氢)、光—热转换(热利用)[1]。本文阐述了利用光—热转换产生的低温热资源———温差，将热能转化为电能(塞贝克效应)的理论和方法。

1温差发电

１．１塞贝克效应和温差发电原理

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，只要回路间两点存在温度差，热电流就永

浅析太阳能温差发电技术及应用

祖俐，吴琼

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌330002）

〔摘

要〕温差发电技术是利用塞贝克效应直接将热能转化为电能的发电技术，具有无运动部件、体积小、重

量轻、可靠性高等特点，是绿色环保的发电方式。作为一种新型能源利用技术，温差发电技术有着广阔的应用前景，本文介绍了太阳能温差发电技术原理以及合理利用太阳能转换为电能的方法。

〔关键词〕太阳能；温差发电；热利用

中图分类号：TM615

文献标识码：B

文章编号：1004-4345(2010)02-0019-03

Thermoelectric Generation Technology and Its Application in Using Solar Energy

ZU Li ，WU Qiong

(China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Nanchang ，Jiangxi 330002，China)

Abstract Thermoelectric generation technology ，which can directly convert thermal energy to electrical energy ，has the advantages of small size ，

light weight ，silence in operation and high reliability as well as no moving parts ，and is a green and environmental protection technology.As a new type energy utilization technology ，thermoelectric generation has huge potential and good future.In this paper ，the principle of thermoelectric generation technology by using solar energy and the approach of converting solar energy to electrical energy are introduced.

Keywords solar energy ；thermoelectric generation ；heat utilization

收稿日期：2010-01-08作者简介：祖俐(1956—)，女，工程师，主要从事电气设计与研究工作。

有色冶金设计与研究

第31卷2010年

第2期

4

月

图１塞贝克效应原理

流不息，存在的电动势被称为温差电动势，这一效应被称为塞贝克效应。它的发现为温差发电奠定了基础，如图1所示。

图中T h -T c >0即T h 为热端；金属A 和金属B 代表不同金属。

温差发电的工作原理是将两种不同类型的热电转换材料N 和P 的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温时，由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差；如果将许多对P 型和N 型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压，形成一个温差发电机，如图2所示。

１．２温差发电器的分类［２］

按照热端工作温度的高低，温差发电器可分为以下3类：(1)高温发电器，

热端温度在700℃以上，所选用的温差电材料主要是硅锗合金；(2)中温发电器，热端温度在400～700℃，所选用的温差电材料主要是锑化铅；(3)低温发电器，

热端温度在400℃以下，所选用的温差电材料主要是碲化铋。

按照使用的热源种类，温差发电器可分为：(1)低级热温差发电器，将各种形式可利用的低级热能(如余热、废热)直接转变为电能；(2)燃料温差发电器，主要包括使用天然气、液化石油气、水煤气等气体燃料的发电器和使用煤油、汽油等液体燃料的发电器；(3)放射性同位素温差发电器，它将放射性同位素的衰变热直接转换成电能；(4)核反应堆温差发电器，它将反应堆中核燃料裂变生成的热量直接转换成电能。

１．３温差发电器的结构

目前温差发电器主要有平板式和圆桶式两种。平板式温差发电器的热电转换模块适合平铺在矩形通道上，运行时热流从通道内流过，经壁面向转换模块传递热量。圆桶式温差发电器表面铺设的热电转换器件有一定的弧度，热电转换器件固定在发电器外壁，固定方式主要有粘结法和机械固定法。后者便于更换与检修，但是结构比较复杂，接触热阻也比较大[3]。１．４温差发电的应用领域

目前国外温差发电技术已经在航空航天、军事和远距离通信、导航等高科技领域得到应用，而在民用方面，主要的研究方向是利用工业余热、垃圾焚烧、汽车尾气以及海洋温差、地热自然热等形式产生的温差进行电能的转化。

2太阳能热利用技术

２．１太阳能热利用技术分类

太阳能热利用技术按终端使用温度范围大致分

为低温、中温、高温：低温范围在100℃以下，主要用于生活用水、采暖、干燥、蒸馏、农用温室等；中温100～

300℃之间，

用于工业用热、制冷空调、烹调等；高温则为300℃以上，用于热发电、材料高温处理和有毒物料

的去毒处理等。按集热器的类型可分为抛物面槽式系统、中央集热器、抛物面碟式系统。按集热方式可分为水加热、

空间加热、过程加热。２．２太阳能集热器

太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置(集热器)，对太阳能进行采集。集热器是太阳能热利用的关键部件，按是否聚光可以划分为聚光集热器和非聚光集热器两大类。非聚光集热器(平板集热器，真空管集热器)能够利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射，集热温度较低；聚光集热器能将阳光会聚在面积较小的吸热面上，可获得较高温度，但只能利用直射辐射，且需要跟踪太阳。

3太阳能温差发电

传统的能源以矿物能源为主，面临来源枯竭和污染环境的挑战，而太阳能是大自然赋予人类的取之不尽，用之不竭的环保能源。具有诸多优点的温差发电技术能够直接将太阳热能转化为电能，大大简化了发电系统的结构，是颇具潜力的节能途径，具有广阔的应

图２温差发电机原理

有色冶金设计与研究第31卷

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