热发电的工作原理

1.如今，环境日益恶化，能源日益紧张。研究人员一直在寻找绿色无污染的清洁能源应用。其中，太阳能、风能、潮汐能是大家耳熟能详的。同样在一些科幻小说中也会想象未来人们的生活，或多或少都会提到能源，而且一旦出现温差发电的频率并不低。比如在郑渊洁的童话中，就出现了一种类似龟壳的装置，人们将其背在身上，利用人体产生的热量发电，供人们日常使用。这个装置唯一的缺点就是外形丑陋，但产生的电能足以让每个人都背上这个 "乌龟壳"。虽然郑渊洁用来讽刺社会现象，但从原理上讲，这种装置是可以实现的。虽然现实生活中还没有足够的产品，但一些研究人员已经在实验条件下制作出了模型产品。.热电发电的实现早在 20 世纪 40 年代就开始了。最初的热电材料转换效率低、成本高、寿命短。一直局限于军事和航天领域，直到最近才在民用领域得到迅速发展。新热点。

2.温差发电的原理是由于人体表面温度略高于日常环境温度，这种温差可以通过特殊的温差材料直接转化为电能。利用温差发电的方式并不只有这一种，还可以通过机械设计利用气室的热胀冷缩来拉紧弹簧，或者将介质加热蒸发来驱动发电机叶片，但理论上这并不能直接转化为效率很高的电能。热发电是基于热电材料的塞贝克效应而开发的一种发电技术。它使用 P 型和 N 型两种不同类型的半导体热电材料（P 型是富含空穴的材料，N 型是富含电子的材料），一端连接形成 PN 结，如图 1a 所示，置于高温状态，另一端置于低温状态，两端必须有一定的温差。由于热激发，P(N) 型材料高温端的空穴（电子）浓度高于低温端的空穴（电子）浓度，因此在这种浓度梯度的驱动下，空穴和电子开始向低温端扩散，从而形成电动力，热电材料通过高低温端的温差，完成了将高温端输入的热能直接转化为电能的过程。同一装置在通电后可实现主动冷却，这是一种高效的电制冷应用方法，可应用于小型和微型冷却设备中。

3.在制作设备的过程中，由于材料和温差的限制，单个 PN 结只能形成很小的电动势和相对较小的电流。如果将许多这样的 PN 结串联起来，就可以获得足够高的电压，成为一个有效的热电发生器。下图所示的集成方法在器件制造中非常常见。

4.除了利用太阳能进行热电发电外，其他热电差源都是由其他能源消耗产生的。即使在人体表面使用，也是利用人体产生的生物质能。由于以热能形式散失的能量相当可观，而太阳能和海洋能的储存量都很大，因此热电发电具有很大的发展前景。

本文由隆昌化工研发部撰写。如需复制转载，请注明出处。