基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG

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基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1

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基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG的圖2溫差發電.rar

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基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG的圖4

(轉載至百度百科

熱電效應

1834年法國物理學家帕爾帖在銅絲的兩頭各接一根鉍絲,在將兩根鉍絲分別接到直流電源的正負極上,通電后,發現一個接頭變熱,另一個接頭變冷。這說明兩種不同材料組成的電回路在有直流電通過時,兩個接頭處分別發生了吸放熱現象。這就是熱電制冷的依據。基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG的圖5溫差發電 半導體材料具有較高的熱電勢可以成功地用來做成小型熱電制冷器。圖1示出N型半導體和P型半導體構成的熱電偶制冷元件。用銅板和銅導線將N型半導體和P型半導體連接成一個回路,銅板和銅導線只起導電的作用。此時,一個接點變熱,一個接點變冷。如果電流方向反向,那么結點處的冷熱作用互易。熱電制冷器的產冷量一般很小,所以不宜大規模和大制冷量使用。但由于它的靈活性強,簡單方便冷熱切換容易,非常適宜于微型制冷領域或有特殊要求的用冷場所。熱電制冷的理論基礎是固體的熱電效應,在無外磁場存在時,它包括五個效應,導熱、焦耳熱損失、西伯克(Seebeck)效應、帕爾帖(Peltire)效應和湯姆遜(Thomson)效應。一般的冷氣與冰箱運用氟氯化物當冷媒,造成臭氧層的被破壞.無冷媒冰箱(冷氣)因而是環境保護的重要因素.利用半導體之熱電效應,可制造一個無冷媒的冰箱。這種發電方法是將熱能直接轉變成電能,其轉變效率受熱力學第二定律即柯諾特效率(Carnotefficiency)的限制.早在1822年西伯即已發現,因而熱電效應又叫西伯效應(Seebeckeffect) [1]

塞貝克效應

塞貝克效應(Seebeck effect)又稱作第一熱電效應,是指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現象。一般規定熱電勢方向為:在熱端電子由負流向正。在兩種金屬A和B組成的回路中,如果使兩個接觸點的溫度不同,則在回路中將出現電流,稱為熱電流。相應的電動勢稱為熱電勢,其方向取決于溫度梯度的方向。塞貝克效應的成因可以簡單解釋為在溫度梯度下導體內的載流子從熱端向冷端運動,并在冷端堆積,從而在材料內部形成電勢差,同時在該電勢差作用下產生一個反向電荷流,當熱運動的電荷流與內部電場達到動態平衡時,半導體兩端形成穩定的溫差電動勢。半導體的溫差電動勢較大,可用作溫差發電器。

產生Seebeck效應的主要原因是熱端的載流子往冷端擴散的結果。例如p型半導體,由于其熱端空穴的濃度較高,則空穴便從高溫端向低溫端擴散;在開路情況下,就在p型半導體的兩端形成空間電荷(熱端有負電荷,冷端有正電荷),同時在半導體內部出現電場;當擴散作用與電場的漂移作用相互抵消時,即達到穩定狀態,在半導體的兩端就出現了由于溫度梯度所引起的電動勢——溫差電動勢。自然,n型半導體的溫差電動勢的方向是從低溫端指向高溫端(Seebeck系數為負),相反,p型半導體的溫差電動勢的方向是高溫端指向低溫端(Seebeck系數為正),因此利用溫差電動勢的方向即可判斷半導體的導電類型??梢姡谟袦囟炔畹陌雽w中,即存在電場,因此這時半導體的能帶是傾斜的,并且其中的Fermi能級也是傾斜的;兩端Fermi能級的差就等于溫差電動勢。

本模型是一個環狀的PN節陣列結構,內外管壁保持一定溫差。通過熱電效應產生電流,具體見動圖所示。

整體模型

基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG的圖6

內部的PN結布置

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PN結截面圖

基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG的圖8

以下是平面TEC在不同內外溫差下 ,輸出功率和輸出電壓變化曲線、COP曲線等等。

QQ圖片20211226151205.png

基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG的圖10基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG的圖11

開路電壓,總阻值,輸出功率等曲線圖趨勢展示。

基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG的圖12

COP曲線:

QQ圖片20211226145539.png

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