刘兴娣+++王+雪+++范伦禹+++张玉立

摘 要：文章利用温差发电技术，通过温差采集和能量转化，将温差信号实时转化为电信号并且进行电能的稳定输出和储存，进而设计一个成本低廉、性能可靠、使用方便的多功能温差绿色电源。该电源不仅携带方便，可以适应多种场合使用，而且由于其电能产生的特殊性，还可以在一些特定的环境中应用。

关键词：智能半导体；温差发电装置；设计；应用

引言

电力是各领域运行以及各电子产品功能实现所需的重要能源，就目前的情况看，火力发电属于主要发电方法，会造成一定的能源浪费。智能半导体温差发电装置的设计，能够有效解决上述问题，对可持续发展战略的落实具有重要价值，同时也是发电技术发展的主要方向。

1 智能半导体温差发电原理

多功能绿色温差电源是利用温差产生电能的新型便携式绿色能源发电装置。它分为吸热、吸冷两面，当有溫差产生时，就能实现电能的输出。它可独立使用，也可嵌入有温差的产品上，同时还能推广应用到国民经济的诸多领域，如道路交通指示系统，夜景工程，广告装潢等。

2 智能半导体温差发电装置的设计

2.1 智能半导体温差发电装置功能

（1）温度采集。温度采集是智能半导体温差发电装置的主要功能之一，同时也是发电功能实现的第一步。装置的吸热与吸冷两面，可分别吸收不同的温度，实现温度的采集。采集后的温度，可被自动计算出温差，并显示出来。

（2）能量转换。能量转换是智能半导体温差发电装置实现发电的第二步。在采集并计算出温差之后，装置能够将其转换为电能，进而使其能够供我们日常使用。

（3）电能传输。温差所转换成的电能，能够实现传输，以为使用者对能量的应用提供途径。电能传输过程是将装置与使用者相连接的关键，一旦传输出现问题，温差所转换的电能则无法被利用。

（4）储存电能。为避免无法立即被利用的电力被浪费，该装置还能够实现储存电能的功能。如温差所产生的电能在使用过后存在剩余，可以被存储在装置之中，在使用者需要时，可以随时加以使用，极大的提高了便利性。

（5）外观。智能半导体温差发电装置具有体积小巧的特点，因此携带较为方便，为使用者带来了极大的便利性，可将其随意应用到各个场合。上述特点也扩大的改设备的应用范围。

2.2 装置构成

智能半导体温差发电装置主要由以下模块构成：（1）PTC陶瓷加热模块。（2）半导体温差发电模块。（3）水冷散热模块。（4）单片机温差控制模块。（5）数据采集模块。

不同模块功能不同。PTC陶瓷加热模块的功能在于实现加热，以增加装置的温度，实现吸热。水冷散热模块的功能在于完成散热过程，实现吸冷。数据采集模块的功能在于对最高温度与最低温度进行测量，进而计算出两者之间的差值并将其显示。单片机温差控制模块的功能在于对温差进行控制，避免超过装置所能承受的极限值，确保发电过程能够顺利实现。半导体温差发电模块的功能在于真正实现发电，以供使用。

2.3 装置温度控制流程

装置温度控制工作流程从初始化开始：

（1）装置开始工作，完成初始化。

（2）设定温度上限，继电器常闭。

（3）开启加热器，并检测热端温度。

（4）温差控制，判断当前温差是否大于热端所能承受的最大温度。

（5）如当前温度大于热端所能承受的最大温度，则指示灯熄灭，加热装置断开。

（6）如当前温度小于热端所能承受的最大温度，则加热器工作。

2.4 设计效果

为判断该装置性能，采用实验的方法，分别在20℃、40℃等温差下，对其开路输出特性与不同负载下的输出特性进行了分析，结果如下：

2.4.1 开路输出特性

通过对该装置开路输出特性的分析发现，在不同温差下，装置的输出特性也有所不同：在温差为20℃的情况下，开路电压为8.67v，短路电流为0.29A，功率为2.5144W。在温差为40℃的情况下，开路电压为13v，短路电流为0.39A，功率为5.07W。在温差为60℃的情况下，开路电压为16v，短路电流为0.45A，功率为7.2W。在温差为80℃的情况下，开路电压为16.9v，短路电流为0.48A，功率为8.112W。在温差为100℃的情况下，开路电压为17.3v，短路电流为0.48A，功率为8.304W。在温差为120℃的情况下，开路电压为18.1v，短路电流为0.48A，功率为8.688W。

观察上述数据可以发现：随着温差的不断增加，装置的开路电压与功率也一直在增加，两者与温差的变化情况呈正比。对于装置的短路电流而言，在温差在20℃—80℃之间时，其数值一直呈增加的趋势，但在80℃（包括80℃）其数值再无增长，一直保持在0.48A的标准。

2.4.2 不同负载下的输出特性

通过对不同负载下的输出特性的观察发现：随着温差的不断增加，装置的输出功率一直不断增大，两者呈正比，在温差达到60℃时，负载从1Ω增加到2.2Ω，此时装置的输出功率从0.173W增加到了0.471W，基本达到了最大值。在装置的温差达到60℃以上之后，装置的输出功率虽仍呈增加趋势，但增加程度较小，变化趋势较小。通过对不同负载下装置输出特性的分析发现，在电阻达到4.7Ω的时候，该装置的输出特性达到最佳状态。

3 智能半导体温差发电装置的应用

智能半导体温差发电装置可以用于交通指示系统、夜景工程、广告装潢等多领域当中。以交通指示系统为例，为确保交通的顺畅，避免发生交通事故，需保证夜间行车驾驶者能够清楚的看见交通指示系统，因此必须保证系统常亮。如以传统电力作为主要电力资源供应，会造成极大的能源浪费，与可持续发展战略的要求相违背。采用智能半导体温差发电装置，作为其电力能源来源，可以达到有效节约传统电力资源的目的，不仅能够维持交通的正常运转，同时能够达到节约能源的目的，是绿色发电装置的主要代表，同时也是可持续发展战略下发电装置发展的主要方向。除此之外，还可将该装置应用到夜景工程和广告装潢之中，以使庞大的夜景工程能够实现绿色电力供应，使广告装潢能够节约更多的电力资源。

需要注意的是，在上述装置设计完成之后，为确保其性能能够正常发挥，有必要采用实验的方法对装置的输出特性等进行分析，以避免装置在应用过程中出现故障。与此同时，要加强对装置的维护，以提高其使用性能，延长其使用寿命，使其能够为社会的发展带来更大的价值。

4 结束语

综上，智能半导体温差发电装置可应用于交通指示系统、夜景工程以及广告装潢等领域，该装置可将冷热温差转换为电能，通过输出，使电能被使用，具有较高的环保价值，从长远的角度看，应将改装置扩大的使用，以使绿色发电能够更好的实现，为社会以及国家的长远发展奠定基础。

参考文献

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