探究太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的性能

王有春

（河北建筑工程學(xué)院，張家口 075000）

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的繁榮景象背后，能源與環(huán)境問題日益突出，環(huán)境污染與能源枯竭的形勢(shì)嚴(yán)峻。太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)就誕生于這樣復(fù)雜、矛盾的大背景之下。太陽能溫差發(fā)電技術(shù)所利用的工作原理叫做塞貝克效應(yīng)，此技術(shù)能夠?qū)崮苤苯愚D(zhuǎn)化為電能，而且可靠性高、質(zhì)量輕、體積小。因此，太陽能溫差發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前最具代表性的綠色環(huán)保發(fā)電方式。以下是筆者結(jié)合自己多年的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，就太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)提出自己的幾點(diǎn)拙見。

1 太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)概述

太陽能溫差發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前社會(huì)中使用頻率與受關(guān)注度最高的一種綠色環(huán)保發(fā)電方式。太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)直接利用太陽能來發(fā)電，并緊密結(jié)合相變儲(chǔ)能技術(shù)，形成既高效又先進(jìn)的太陽能溫差芯片連續(xù)發(fā)電儲(chǔ)熱系統(tǒng)。太陽能溫差發(fā)電技術(shù)有著非常獨(dú)特且強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，其與熱發(fā)電技術(shù)以及光伏發(fā)電技術(shù)相比較，不僅僅有著更強(qiáng)的使用壽命、分散性以及適應(yīng)性，其具備成本低和保持晝夜連續(xù)發(fā)電的優(yōu)勢(shì)。太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際工作原理理論基礎(chǔ)是塞貝克效應(yīng)，溫差發(fā)電就是在此效應(yīng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種先進(jìn)發(fā)電技術(shù)，其是將富余空穴材料和富電子材料的一端連接形成一個(gè)PN結(jié)，并將其一端置于高溫狀態(tài)當(dāng)中，而另一端給予低溫，在熱激發(fā)的作用之下，富余空穴材料高溫端空穴濃度高于低溫端，進(jìn)而在濃度梯度的驅(qū)動(dòng)之下，空穴和電子就開始向低溫端擴(kuò)散，因此形成電動(dòng)勢(shì)。

2 太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用思路

2.1 選擇集熱器

當(dāng)前，CPU集熱器是最具發(fā)展前景和應(yīng)用頻率最高的一種集熱器。CPU集熱器有比較大的接收角，因此，在實(shí)際運(yùn)行過程當(dāng)中，并不需要對(duì)太陽進(jìn)行連續(xù)跟蹤，而只需要根據(jù)收集陽光的小時(shí)數(shù)和接收角的大小，每年定期對(duì)傾角進(jìn)行調(diào)整便可以確保其工作的有效性。

2.2 匹配溫差發(fā)電模塊

眾所周知，溫差發(fā)電模塊的發(fā)電效率和輸出功率和低溫溫度、高溫溫度、接觸熱阻等諸多因素都有著非常密切的關(guān)系。為了有效提高傳熱速率，通常在太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中會(huì)選擇使用具有高導(dǎo)熱系數(shù)的口琴板作為冷熱流體的循環(huán)管路，冷流體是常溫自來水，熱流體是吸收了太陽能熱量的導(dǎo)熱油。

一般情況下，溫差發(fā)電模塊是由68塊商用溫差發(fā)電芯片串聯(lián)組合在一起的，其利用絕熱橡膠墊使芯片周圍保溫和固定芯片，發(fā)電模塊的冷熱段分別通過熱硅膠貼覆在高導(dǎo)熱口琴板表面，然后使用螺絲釘將兩塊口琴板緊緊固定在一起。

3 太陽能溫差發(fā)電中出現(xiàn)的問題分析

現(xiàn)階段，太陽能溫差發(fā)電技術(shù)與其他類型的溫差發(fā)電技術(shù)相比較，應(yīng)該還屬于比較初級(jí)的研究階段，雖然其已經(jīng)在實(shí)際生活中得到了非常廣泛的應(yīng)用，但是，太陽能溫差發(fā)電熱電轉(zhuǎn)化效率還有著非常大的上升空間。下面是當(dāng)前太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的幾個(gè)主要問題：

3.1 發(fā)電效率不高

從理論角度來計(jì)算，產(chǎn)業(yè)化的Bi2Te3基溫差發(fā)電材料最理想的發(fā)電效率可以接近百分之十，但是，其在具體應(yīng)用過程當(dāng)中，會(huì)因?yàn)槭艿较到y(tǒng)損耗或者工作環(huán)境等諸多方面因素的限制，其發(fā)電效率要比百分之十少很多，現(xiàn)階段，太陽能溫差發(fā)電效率要比光伏發(fā)電效果差很多。之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的問題，其主要有兩個(gè)方面的原因：一是熱電材料性能不理想，二是發(fā)電器匹配不當(dāng)。

3.2 使用壽命比較短

目前，我國(guó)太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命都不是很長(zhǎng)，其主要原因就在于溫度差。眾所周知，溫差發(fā)電必須要會(huì)在發(fā)電器件的冷熱端形成非常大的溫度差，進(jìn)而必然會(huì)產(chǎn)生非常顯著的熱脹冷縮現(xiàn)象，這就會(huì)導(dǎo)致溫差電偶上產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，久而久之，過大的溫度差的影響必然會(huì)逐步縮減電偶的工作壽命。現(xiàn)階段，能夠有效緩解機(jī)械應(yīng)力不良影響的主要措施包括采用柔性基體材料、改進(jìn)電偶結(jié)構(gòu)等等。

除此之外，還有一個(gè)重要原因會(huì)對(duì)太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，那便是環(huán)境因素。因?yàn)橛幸徊糠譁夭畎l(fā)電器需要采用水冷方式來進(jìn)行散熱，散熱過程中必然會(huì)產(chǎn)生大量的濕氣，濕氣進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生電解腐蝕作用，對(duì)發(fā)電器件造成損壞。

還有，高溫也會(huì)在一定程度上影響到加速器件的使用壽命，因?yàn)樵诟邷氐沫h(huán)境下，雜質(zhì)向熱電材料內(nèi)部擴(kuò)散的速度會(huì)有所加快。當(dāng)前，為了有效控制住這種破壞結(jié)果，通常采用的解決方式和措施主要是在銅連接處和元件端面鍍鎳，但是，這種方式的應(yīng)用效果并不是很理想，因?yàn)槲覈?guó)現(xiàn)階段的鍍鎳工藝并不是很高超，還并不能夠確保應(yīng)用效果的理想狀態(tài)。

4 結(jié)束語

綜上所述，太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)作為當(dāng)前最高效的一種綠色環(huán)保發(fā)電方式，相信在不久的將來，在先進(jìn)技術(shù)的推動(dòng)之下，溫差發(fā)電效率必然會(huì)越來越高。

[1] 丁修增.基于拋物型聚光器太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.