[实用新型]一种黄沙集热式半导体温差发电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种黄沙集热式半导体温差发电系统，属于新能源领域。 

技术背景

随着社会的高度发展，能源短缺和环保问题成为21世纪人们面临的重大问题。人们不断探索和发展新型，绿色能源。温差发电技术是在上世纪中期随着半导体热电转换材料的发现不断发展起来的新型发电方式。此技术是以塞贝克效应为原理的利用固体材料进行能量转化的新技术。具有无污染，可靠性好，稳定性高，寿命长等特点。随着半导体材料的不断发展，今年来温差发电在国内外得到不错的发展。80年代初期，美国完成了军用500~1000w温差发电机的研制，并在80年代末正式列入部队武装。日本TYK公司研制的用于垃圾焚烧热的温差发电装置，也已成熟，很好的解决了城市固体废物的处理问题。2003年6月10日和7月7日，美国发射的“勇气”号和“机遇”号火星探测器上也相继运用了放射性同位素温差发电器。在日本，利用汽车尾气进行发电的小型温差发电机已经量产，功率可达100w，可节省燃油5%。在国内，探月二期工程论证会上，专家论证了采用同位素温差发电器提供电能的可行性。由中南大学能源科学与工程学院设计的铝电解槽侧壁余热利用的温差发电装置也测试成功。可以看出，温差发电在国内发展还不成熟，只在高端领域有所进展，而在工业和民用中利用很少。但是，现有的发电模块，为了保证有效的产电温差，都是借助光学，化学，以及人造热源提供温度。如此一来，整个装置只起到一个能量转化的作用，此设计旨在利用黄沙吸热强这一自然现象，在已有半导体热电材料的基础上充分利用自然资源进行发电，投资成本低，可进行小功率发电，将这一技术推向工业和民用。随着半导体材料的不断发展，此技术可以不断进行改进，使未来进行大规模，大功率，高效率温差发电成为可能。 

实用新型内容

沙子吸热效率很高，但是散热也快，这样天然的自然资源具有很好的利用价值，我们从这一现象出发，依据赛贝克效应，利用固体装置转化此热量，将太阳能产生的热量转化成为人类有用的电能。 

温差发电器是基于塞贝克效应原理的一种热电转化装置，可直接将热能转化为电能且没有机械运动。塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于两种金属中的电子溢出功不同及两种金属中电子浓度不同造成的。基于塞贝克效应的温差发电原理为： P型和N型两种不同的半导体热电材料串联，形成一个热电转换模块，并构成有效回路，由绝缘导热的陶瓷片将半导体热电材料固定。当半导体两端产生稳定温差时，在热激发作用下，空穴和电子在载流子浓度梯度的驱动下从高温端向低温端扩散，回路中形成电势差△V,也就是温差电动势。△V=a_s（T₁-T₂） ，其中a_s为热电转换材料的塞贝克系数。将电路经过交流直流转化，稳压变压模块后接入储电设备或者负载，或者电路中直接接入负载使用。 

在温差发电的原理确定的条件下，产生电能的最主要因素是如何获得这一温差，现有温差发电模块大多数采用废热利用或者同位素化学方法产生温差，本实用新型的创新之处就是，利用沙漠中的黄沙因含有丰富的二氧化硅而具有很强的吸热作用这一现象，利用黄沙超强的集热作用，将这样自然界普遍存在的巨大能量转化成生活中必须的电能。 

一种黄沙集热式半导体温差发电系统主要有三大部分组成：形成高温的黄沙集热部分、形成低温的液体冷却部分、利用温差进行发电的发电模块部分。形成高温的黄沙集热部分主 

要有隔热板（2）、精选黄沙（3）、塑料薄膜（4）、支撑架（7）组成；形成低温的液体冷却部分主要有液体冷却池（14）、冷却液（9）、冷却液注入口（1）、冷却液排出口（8）组成；利用温差进行发电的发电模块部分主要有高温端导热固定材料（5）、低温端导热固定材料（10）、导电体（11）、导电体（13）、P型半导体热电材料（15）、N型半导体热电材料（12）、正极接线端子（16）、负极接线端子（6）相互连接组成。

所述的一种黄沙集热式半导体温差发电系统，其特征是：形成高温的黄沙集热部分又分以下组成： 

1) 取沙漠中二氧化硅含量高的黄沙进行筛选，以黄沙为集热介质;

 2) 隔热板上的开孔要与发电模块部分的高温端导热固定材料（5）的几何形状一致，呈长方形或者正方形，并且发电模块的上端与孔紧密配合安装；

3)在隔热板上铺设一层隔热材料，聚氨酯发泡板（PU/PIR），导热系数0.02~0.035 W/(K·m)；或者气凝胶毡，导热系数0.018W/(K·m)，可将其制成硬性板状材料；使上端集热部分的热量向下转移;