半导体温差发电机原理及制作

半导体温差发电机原理及制作 编辑 Dz3w Com 文章来源 网络 我们无意侵犯您的权益 如有侵犯请 联系我们 半导体温差发电机原理及制作 笔者以蜂窝煤热水炉的进出水为温差源 制作了一台半导体温差发电装置 原理框图 见上图 半导体温差发电是一种将温差能 热能 转化成电能的固体状态能量转化方式 发电 装置无化学反应和机械运动 无噪声 无污染 无磨损 寿命长 它的核心部件是半 导体温差电偶模块 因多用于制冷 亦称半导体致冷片 电子元器件市场大多有售 将它的两根引出线连接到万用表的电压或电流挡 用体温传导到它的一个面 使其两 面形成温差 指针就会偏转 实实在在的温差发电就展现在你的面前 但是 目前半 导体温差电偶模块热电转化效率低 近年有研究表明最高不到 5 这是半导体温差 发电实用化的最大障碍 制作半导体温差发电装置的第一件事是选择温差源 供一个家庭利用的温差源十分有 限 可说说也挺多 一是炊事温差 烧天然气 石油液化气 煤炭 沼气等等产生高温 二是空调 暖气 温差 三是地温温差 庭院井水 溪水与地表的温差 四是太阳能温差 用太阳能热 水器 太阳灶获得热量 五是冬季冰雪与室内 地下的温差 等等 但是 利用起来 必须满足方便获得 经济 持续和有足够的能量的要求 实验表明 对目前通常的半 导体温差发电模块每提供摄氏 1 度的温差可相应产生约 0 03V 电压 可见温差小就没 有实际利用价值 本人之所以选择蜂窝煤热水炉的进出水为温差源 是因为炉火昼夜 不熄 炉灶热水与进水 自来水 的温差大 夏季摄氏 60 多度 冬季可达摄氏 90 多 度 且比较稳定 同时利用自来水的压力解决了能量无耗输送的难题 只要家庭成员 洗菜 洗碗 洗手 洗脸 洗澡等一用热水 就能获得理想的温差 特别需要强调的 是 半导体温差电偶模块是良好的导热体 如果两面没有高低温两种能量的输送 温 差就不能维持 保温做得再好 模块两面的温度接近也是枉然 这是许多失败案例的 根本原因 本发电装置用的是 过路水 能耗视同为零 同时对热水的降温也不十 分明显 中图是该装置的结构示意图 制作要点如下 1 介质导管和高低温差面的制作 将两根直径 30 5mm 长 1000mm 的铝管两端车丝 以便在使用时经活接头接人蜂窝煤热水炉的冷 热水管路 按图 2 剖面的形状加工后 分别和宽 60mm 厚 3mm 长 1000mm 的铝条焊在一起 焊接要充分 厚实 铝条 与半导体温差发电模块相贴的冷热端传导面要平整光滑 再试着将要安装的半导体温 差发电模块在冷热传导面间间隔排列 笔者一共用了 10 块 然后在铝板边缘按每个 模块每边两个紧固螺栓钻好孔 用绝缘板做一个尺寸合适的槽子 用空调保温套管作 保温材料 将其剪开卡套在热 水 介质导管上 再将绝缘板槽固定上即可 冷 水 介质导管则无需保温 2 半导体温差发电模块的测试选用与装配 正规厂商提供的半导体温差模块一般都有性能指标 你可别让上面十几伏几十安的数 值弄得眉开眼笑 那是它们致冷制热的耗电指标 发电它们可低能呢 笔者曾经测试 过同一批产品的发电性能 空载电压有的 3 4V 有的 2 7V 空载电流有的 1 6A 有的 0 7A 只有采用对温差特别敏感的 才有可能 DIY 出较理想的发电装置来 具体的测 试方法是 下面用一块大功率音响拆下的铝散热块什冷源 散热 上面把电熨斗拨 到低温挡作热源 用万用表进行测试 注意测试一块要停顿一下 让铝散热块冷下来 再测下一块 否则不准 接下来就是对模块厚度一致性的把握 把稍薄和稍厚的拿下 不用 不然整个组件都没法装紧 这些工作完后就可以进行温差发电模块组件的装配 了 均匀地在模块双面薄薄涂上导热硅脂 逐片拧上四个紧固螺栓 模块被卡紧不能 移动就算装好 3 发电模块组件的连接 将温差发电装置接入冷 热水管路 机械装配完成 接着就是对发电模块单体发电工 作状态的检测 看看有没有电压电流明显偏低的 如果有多半是没有被紧固螺栓卡紧 需要采取措施解决 否则在并联中将成为负载 在串联中成为电流 瓶颈 半导体 温差发电模块正反向电阻很低 且差别不太大 摄氏 10 度温差时仅几欧至十几欧 这 时它难与负载匹配 发电效率极低 但随着温差的加大迅速上升至干欧级 由于安装 面向的关系 红黑引线并不代表实际的正负 检测单体发电工作状态的同时也弄清了 正负极 可以根据负载的情况进行并联 串联的连接 半导体发电模块组件的总功率 并不等于单体功率的简单相加 会远小于它 尤其是并联状态 笔者将 10 块单体发电 模块全部串联 小流量使用热水 开路电压为 13 93V 开路电流 345mA 时为夏季 冬季自来水温度将下降摄氏 20 25 度 温差增加摄氏 15 20 度 功率要比夏季大得 多 热水停用 开路电压为 6 23V 开路电流 7mA 4 控制电路的制作 该发电装置在夏季便可以直接带动 9V 的直流小风扇或 50 粒的 LED 灯 但只能与热水 同步 如要扩大供电范围灵活用电 需要配置控制电路和蓄电池 笔者使用的控制电 路是依据 电子报 上一款充电控制器原理图制作的 因尊重设计者的劳动在此就不 依样画葫芦 为了满足对此有兴趣的读者 笔者另制作了一个简易实用的控制电路 见下图 由三端可编程集成电路 TLA31 和三极管 C2500 组成稳压充电控制电路 该电路适应输 入电压的大范围变动 输出电压可调且稳定精度较高 其中 R2 R3 为 TL431 参考电 压 Vref 的调整电阻 改变它们的阻值便可调整输出电压的高低 笔者在调试时取 R2 16 81k R3 12 05k 输出电压稳定在 7V 并承受输入电压从 9V 到 20V 甚 至更高 未测 的大幅变化 三极管要求耐压 30V 电流大于 0 5A hFE120 以上的 D1 是隔离二极管 接人电路有 0 5V 左