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摘 要

设计了一款基于赛贝克效应的便携式两用火力发电站。采用户外柴火炉作为燃烧室，使用热管将燃烧室内小部分燃烧热量传导至半导体温差发电片热端。在半导体温差发电片冷端利用散热器与离心风扇进行散热降温，离心风扇同时将吹出的气流通过风道引入燃烧室内为其鼓风，增加燃料燃烧充分性。当半导体温差发电片冷热两端达到较大温差时，具有相应较大电动势输出，将该输出电动势通过稳压电路进行稳压后得到一直流稳压电，再次通过DC-DC降压电路进行降压得到5V直流稳压源，可用于一般移动电子设备充电。该设计对户外野营柴火炉进行了功能提升，增加了户外电子设备用电来源。结构设计为可拆卸式，便于携带。发电过程无化学反应或流体介质参与，属于绿色环保型的能源。

关键词：赛贝克效应 半导体温差发电 冷热端温差

Portable coal-fired power stations based on the seebeck effect

Abstract

Designing a portable dual-fired power station based on the Seebeck Effect. By using outdoor wood-burning stove as a combustion chamber, a portion of heat of the combustion chamber can reach to the hot end of the semiconductor thermoelectric module (stm) with a thermotube. In the cold end of the stm, temperature can be cooled by radiator and centrifugal fan. At the same time, to increase the adequacy of fuel combustion, the centrifugal fan will blow air into the combustion chamber for blasting through the duct. When the stm reachs a larger temperature difference between the hot and cold ends, it will give out a correspondingly larger electromotive force. After taking this output electromotive force to the voltage step-down circuit, a DC regulated power will be achieved. Then, using the DC-DC step-down circuit buck to get a 5V DC stabilized power supply which can be used to charge mobile electronic devices in general. This design gets a functional improvement of outdoor camping wood-burning stove, and increases power source for outdoor electronic equipments. The removable structure makes it easy to carry. The whole process of power generation has no chemical reaction or fluid medium, so, this power belongs to the environment-friendly energy.

Keywords：seebeck effect；semiconductor thermoelectric power；temperature difference between the hot and cold ends

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 新型发电技术 1

1.1太阳能发电 1

1.2地热发电 2

1.3温差发电 3

第二章 设计原理 7

2.1赛贝克效应 7

2.2半导体温差发电 7

第三章 设计方案 9

3.1设计目的 9

3.2设计思路与外观模型 9

3.3结构组成与技术关键 10

3.4硬件选择 12

第四章 硬件实验测试 15

4.1测试目的 15

4.2测试装置 15

4.3测试内容 15

4.4测试结果 15

结论与展望 17

参考文献 18

本科阶段工作及主要成果 19

致谢 20

第一章 新型发电技术

1.1 太阳能发电

太阳能是来自太阳的热辐射能量，太阳中的氢原子核在超高温时发生聚变而释放出巨大能量。日常生活中用到的石油、煤炭等化石燃料都是由亿万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代而形成的，植物是通过光合作用将太阳能转变成化学能在体内贮存下来的。除此之外，当今的一些新型能源如水能、风能、潮汐能等其实质也都是由太阳能转换而来的。太阳能是一种取之不尽，用之不竭的环保清洁能源，它不受地域分配影响，因此目前已经得到了较为广泛的应用。据计算，照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费^[1]。

太阳能发电类型主要分为太阳能光伏发电和太阳能热能发电。

太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能，其基本原理是利用了半导体材料的“光生伏打效应”(光伏效应)。该效应是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下，其内部可传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，因而在不同部位之间产生电位差的现象^[2]。太阳能光伏发电的核心组件是太阳能光伏电池，其工作原理如图1.1所示。太阳能光伏电池可分为晶体硅电池和薄膜电池两类，前者包括单晶硅电池、多晶硅电池两种，后者主要包括非晶体硅太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池。目前，基于单晶硅的第一代光伏电池是太阳能光伏电池市场上的主导产品，其光电转换效率可达24．7％ ；而基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率目前可以达到16．5％ ～18．8％。由于薄膜光伏电池在很大程度上减少了半导体材料的消耗，因此具有很好的发展前景。应当指出，太阳能光伏电池在光电转换的过程中，光伏材料不会发生任何的化学变化，也不会产生任何的机械磨损，因此太阳能光伏电池是一种无气味、无污染、无噪音的理想清洁能源。

目前太阳能光伏产业在国内外的应用和发展比较迅速，尤其是在欧洲的一些发达国家。在国家科学技术的强力推动和相关激励政策的促进下，我国的太阳能光伏发电产业发展势头良好，甚至在全球的光伏市场中也占有了一定的份额。然而，与国外发达国家相比，我国光伏发电技术及产业还存在很多问题，如居民太阳能光伏发电并网输出功率不稳定、行业质量与标准修订问题以及光伏发电设备质量和技术问题等^[3]。

太阳能热发电技术是指将太阳辐射热能转换成电能的发电技术。它还包括两大类型：一类是利用太阳热能直接发电，如真空器件中的热电子和热离子发电及碱金属热电转换和磁流体发电等。这类发电的重要特点是发电装置本身没有活动部件，但目前此类发电量比较小，仍处于实验研究阶段。另一类是将太阳热能通过热机带动发电机发电，其基本组成与常规发电设备相类似，只不过其热能是来自于太阳能。典型的太阳能热发电系统如图1.2所示。

我国“十二五”规划太阳能发电装机总容量将达到5GW。预计2050年，世界太阳能发电将在全球总能耗中占有30％以上的份额^[3]。随着科学技术的进步，太阳能发电技术必将为促进人类能源发展，推进人类文明作出巨大贡献.

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