温差能发电装置的原理及升压稳压模块设计

温差能发电的基础原理——热电效应

温差能发电是一个直接将温度差所产生的能量转化为电能的过程。 具体来说，温差使导体（或半导体）的不同端产生物理性质差异（如平均自由程、载流子密度），进而产生恒定的电流和温差生电动势。

塞贝克效应（Seebeck Effect）

塞贝克效应：温差产生电流

半导体在不同的温度下具有不同的载流子密度，当单一半导体两端具有温度差时，载子会扩散以消除密度的差异，因而造成电动势。

金属的赛贝克效应由电子的平均自由程来决定。 若平均自由程随温度上升，则热端的自由电子有较高的机会向冷端移动，此时的塞贝克系数为负值。 反过来说，若电子的平均自由程随温度上升而下降，则冷端的自由电子有较高的机会流向热端，塞贝克系数为正值。

由塞贝克效应产生的电压可以表示成：

S_A和S_B是金属A和B的塞贝克系数，T₁和T₂是两块金属结合处的温度。塞贝克系数取决于温度和材料的分子结构。如果塞贝克系数在实验的温度范围内接近常数，以上方程可以近似成：

帕尔帖效应（Peltier Effect）

帕尔贴效应：电流产生温差

帕尔帖效应即为塞贝克效应的反效应，即当在两种金属回路中加入电源产生电势后，不同的金属接触点会有一个温差。

其它相关知识

关于载流子： 载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子等。 在导体或半导体中，载流子定向移动产生电流。 金属导体的载流子是自由电子，半导体中载流子是电子和空穴，其中起主导作用的载流子称为 " 多数载流子 "，或 " 多子 "，如P型半导体中的多子是空穴。

关于平均自由程： 平均自由程是导体或半导体的一种微观属性（载流子的属性），其定义可以参考气体分子平均自由程。 简单来说，平均自由程越长的微观粒子的运动能力越强。 在细直导体棒中，载流子会无规则运动，且平均自由程更长的载流子运动能力更强，于是在宏观表现为载流子从一端向另一端移动，产生电流。 这也就是对于塞贝克效应的理解。

关于温差生电动势： 该算式中SA与SB分别为两种材料的塞贝克系数，定义为E=SΔT。 代表感生电动势与温差之间的线性关系，有正负，由导体的物理属性决定（如材料、温度等）。 在实际应用中，塞贝克系数分别为正和负的两种材料依次连接，形成热电偶（图见Wikipedia）。 当SA与SB随温度的变化可忽略时，E=∫T2T1(SA(T)−SB(T))dT可简化为E=(SA−SB)(T2−T1)

Reference

• Thermoelectric Effect - Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect