溫差發電的案例
基于comsol的溫差發電仿真分析-TEC、TEG ￥4300
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。可見，在有溫度差的半導體中，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
內部的PN結布置
PN結截面圖
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。
開路電壓，總阻值，輸出功率等曲線圖趨勢展示。
COP曲線：
模型文件在文中開頭，需要的可以下載，加密文件如需密碼可以私信我。謝謝。
展開 基于comsol的帶狀溫差發電模塊
基于comsol的帶狀溫差發電模塊
漲知識｜“嫦娥”登月 電從哪來？
值得一提的是：此次嫦娥四號的能源供給方式實現了新的科技突破：它采用同位素溫差發電與熱電綜合利用技術結合的方式供能。
之前的嫦娥三號在執行任務時，因為在月夜期間無法獲得太陽能，探測器這時完全斷電，所有電子設備都不進行工作。而這一次，嫦娥四號探測器卻做了特別的嘗試，它利用了供熱系統來給設備供電。
所謂“同位素溫差發電與熱電綜合利用技術“，也就是用航天器兩面太陽翼收集的太陽能和月球車上的同位素熱源兩種能源供給。當月夜來臨，同位素熱源將為儀器設備供熱，保證航天器在-180℃的環境中不被凍壞，安然度過寒冷漫長的月夜。
新技術：溫差式放射性同位素電源
溫差式放射性同位素電源，是指放射性同位素衰變時釋放的衰變能以衰變產生的粒子和新核素反沖核的動能形式出現，在粒子和反沖核與物質經過多次碰撞后轉變為熱能，之后再利用半導體的塞貝克效應將熱能轉變為電能。
熱電效應簡單示意圖
美國率先對溫差式放射性同位素電源進行了研究。至今，美國發射了20多艘航天器，攜帶了40多個放射性同位素電源。卡西尼號探測器于2004年到達土星，攜帶的單個同位素電源電功率為285瓦。
展開 Naval Energies攜手達索系統鞏固其海洋可再生能源領域的領導地位
OTEC是一種利用寒冷深海與熱帶溫暖海面之間溫差發電的工藝。OTEC發電廠泵取大量寒冷深海水和表層海水，實現動力循環并發電。
Naval Energies的離岸浮動風機和OTEC的技術解決方案將幫助定義海洋可再生能源行業標準，為未來打造更低成本的替代能源。
達索系統船舶與海洋工程行業副總裁Alain Houard說：“由于替代能源受到越來越多的關注，海洋市場正在發生轉變。像Naval Energies這樣的創新企業正在依托新業務模式進入新的細分市場。3DEXPERIENCE平臺可幫助他們更好地應對這一市場轉型帶來的挑戰，并通過新運作方式把握海洋行業涌現的新機遇。”
法國擁有11,000 km2的領海面積，位居世界第二，力圖到2030年用可再生能源支持其32%的能耗。
來源：達索系統
展開 
深挖熱電技術應用需求 半導體致冷芯片切入應用藍海
在溫差發電發面，它可以將熱能直接轉化為電能，在余熱回收方面有很大的用處，達到低碳環保、節能減排的效果。
據富信技術研發中心曹主任介紹，半導體熱電致冷芯片可以在同一個系統內實現制冷和加熱兩種功能，這是其他的制冷方式所不能比擬。作為一種可以實現熱能及電能之間相互直接轉換的能量轉換技術，它成為熱電技術領域中可靠、經濟的解決方案，現已廣泛應用于空間、軍事、通訊、醫療、工業、汽車、民用消費品等領域，例如深空探測器電源RTG、紅外探測器冷卻、光通訊器件恒溫、PCR等生物醫療設備、車載冰箱及恒溫座椅、紅酒柜飲水機等消費類電器。
據統計，富信年產制冷芯片1000萬片、制冷系統700萬套、熱電終端產品100萬臺的生產能力，是全球最大的半導體熱電產品制造基地。其熱電終端產品除占據國內市場外，更銷往包括歐洲、美國、加拿大、澳大利亞及日韓等東南亞國家和地區，是聯合國合格供應商之一。
在推動產業發展上，富信除了本身持續的技術研發創新外，還與順德職業技術學院聯合開展校企合作，主辦了“富信杯”工業設計大賽。參賽作品涉及到智能家居、餐飲物流、醫療設備、母嬰用品等多方面領域，集中體現了半導體熱電技術小巧便攜、精確控溫、節能環保等方面的特點。
富信希望通過加強校企合作，將半導體致冷技術相關知識與信息傳播給年輕人群體，拓展技術受眾群體。在為學生提供一個自我展示機會的同時，發掘半導體熱電技術新的應用領域，更好地推動半導體熱電產業的發展。而事實證明，參賽作品無論從創意性還是實用性，都為后面開發新的產品提供了很好的素材。
盡管半導體熱電致冷芯片的技術發展及應用日趨成熟，但仍存在需要攻克的難題。
展開 焦化余熱回收利用技術
國內外針對這部分余熱開展了大量研究，試圖通過多種途徑進行回收利用：①用導熱油回收荒煤氣余熱;②用熱管回收荒煤氣余熱;③用鍋爐回收荒煤氣帶出熱;④用半導體溫差發電技術回收荒煤氣余熱;⑤荒煤氣余熱微流態回收技術;⑥國外用荒煤氣帶出熱對COG進行高溫熱裂解或重整;⑦以荒煤氣余熱為熱源的高效負壓蒸氨工藝;⑧利用初冷器回收82-85℃的荒煤氣余熱;⑨國外用荒煤氣直接燃燒發電。但大多仍處于研發和試驗階段，迄今尚沒有經長期運轉證明是成熟可靠的直接回收利用技術。
2)紅焦顯熱回收利用技術
出爐紅焦顯熱約占焦爐總輸出熱的37%。目前回收紅焦顯熱最為成熟的技術就是干熄焦技術。我國鋼鐵企業焦化廠88%以上焦爐配備了干熄焦裝置;大型鋼鐵聯合企業開始要求由濕熄焦備用改為干熄焦備用;獨立焦化廠為節能減排也在逐步采用干熄焦技術。
3)焦爐煙道廢氣余熱回收利用技術
煙道廢氣帶出熱約占焦爐總輸出熱的17%。其回收利用技術如下：
①以焦爐煙道廢氣為熱源的第三代煤調濕技術。我國多家公司都在開發以焦爐煙道氣為熱源的煤調濕技術，但大多處于起步或試用階段。煤調濕工藝的應用對焦爐生產及煤氣凈化工藝產生的影響，是阻礙該技術工業化應用及推廣的根本所在。現行煤調濕裝置對煉焦工藝產生的影響：
◆焦爐炭化室爐墻和上升管結石墨有所增加，出現氨水噴嘴堵塞現象;
◆煤氣凈化系統初冷器、鼓風機前煤氣管道、脫硫塔等設備阻力加大;
◆煤氣鼓風機葉片磨損嚴重，冷凝液與油渣不能分離，化工產品品質嚴重下降;
◆由于煤調濕工藝的影響，導致煤氣凈化系統按工序停產，以清掃堵塞的設備及管道的情況時有發生;
◆調濕煤轉運、貯存、裝車、裝爐過程中粉塵污染嚴重。
調濕不均是造成荒煤氣中粉塵含量增加的主要原因。
展開 北京大學裴堅-王婕妤和化學所朱道本-狄重安合作：聚合物熱電材料最新研究進展
熱電器件是利用半導體的熱電效應實現熱能和電能之間直接轉換的半導體器件，其在極端條件下的熱能發電、微區域局部溫度調控等領域具有重要的應用。有機聚合物熱電材料因其低熱導率、可溶液加工、以及輕薄柔性等特點在下一代熱電器件中有巨大的應用價值。近年來，以聚(3,4-二氧乙撐噻吩)為代表的p型聚合物熱電材料的研究取得了重大的進展，其熱電性能可以媲美性能優異的無機熱電材料。然而，聚合物熱電器件中不可或缺的另一半 — n型聚合物熱電材料，其研究進展較為緩慢，熱電性能普遍低于p型熱電材料。如何通過n型聚合物分子結構的改進來提高熱電性能是聚合物熱電材料領域研究的關鍵。
圖1 半導體材料的熱電效應以及利用熱電效應工作的兩類熱電器件：溫差發電機和主動制冷器。
北京大學化學與分子工程學院裴堅-王婕妤課題組與中科院化學所朱道本-狄重安課題組合作設計發展了給體片段以氟原子修飾的n型給受體聚合物熱電材料，利用聚合物鏈間的給受體相互作用維持聚合物的電子遷移率，通過引入氟原子增加聚合物的電子親和性以提高n摻雜效率，兩者的協同作用大幅度提高了聚合物的n型電導率。通過進一步提高聚合物的塞貝克系數，成功地將n型給受體聚合物的熱電性能提高了三個數量級。
聚合物的分子結構如圖2所示。在給體片段上引入氟原子降低了聚合物的前線軌道能級，同時可以在聚合物分子主鏈中引入多重氫鍵相互作用，以增加聚合物骨架的剛性、提高聚合物的鏈內電荷傳輸能力。摻雜后，引入氟原子的聚合物的n型電導率提升至1.3 S/cm，功率因子提升至4.6 μW/mK2，是目前n型給受體聚合物熱電材料的最佳性能。
圖2 “給體修飾”n型給受體聚合物的化學結構和熱電性能。
圖3 摻雜聚合物的熱電性能。(a) 電導率；(b) 塞貝克系數；(c) 功率因子。
展開 TEC 半導體制冷片的特性與散熱理論設計、仿真
6.其熱慣性非常小，致冷致熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載情況下，通電不到一分鐘，就能達到最大溫差。
7.具發電能力(溫差發電)，若在熱電器件兩面建立溫差，則可產生直流電，適用于中低溫區發電，如Seiko 公司的體溫發電腕表等。
8.單串熱電器件作的功率很小，但用同類型的熱電堆組合成熱電堆串，采并聯方式組合成一個大系統，功率就可以做的很大，由幾毫瓦到上萬瓦的范圍都有可能。9.其溫差范圍，由+90℃到-130℃之間均可達成。
10.冷卻速度快，其速度可透過調節工作電壓控制，且工作電流或電壓的精度要求不高。如額定12V 電壓，實際可使用到8~14V。
11.不受重力和方向影響，因熱電器件不需循環流體，故不受重力和方向的影響，適合應用在航天工業上。NASA應用此技術提供幾百瓦的電力于太空探測裝置上。
雖然熱電器件具有上述的許多優點，但是由于熱電器件的熱電轉換的效率有限，因此應用于實際的設計會有限制。熱電器件的效率到底是多少?以冷凍效率來看，一般比較的最高標準是卡諾效率(Carnot cycle)，目前的熱電器件大概只有卡諾效率的10%，而一般的冷凍循環則可達30%，因此若要達到商業的應用則ZT值至少需再提升至4。因此目前熱電器件的應用多半偏向電子及光電器件的冷卻及控溫用途，強調其優異的應用特性而非使用效率。然而由于材料及設計技術的突破，未來熱電器件的發展很有希望達到此目標，因此前瞻應用之熱電器件的研發將更為重要。
熱電致冷器未來的發展
熱電器件技術由于電子及光電器件的熱管理需求而朝向小型、高效率以及精確溫控發展，因而微型熱電器件的研發越來越重要。也由于微機電技術的進步，而使得熱電器件的設計及制程可朝更微型化的方向發展。
展開 全球第二大的電源芯片供應商：ADI的創新之路
ADI的能量收集方案
另外，ADI還有面向電網的監控監測系統、包括振動發電和溫差發電在內的能量收集方案，助力整個汽車、工業、通信乃至消費電子市場發展。為了更好地支持ADI在中國的發展，他們針對國內市場推出了很多免費工具：如可以做整個電路的規劃以及做運算的LTPowerCAD；可以導入生成數據做進一步的仿真的工具LTspice；針對通信設備上需要電源管理做PSM，做系統的板級電源管理的需求，ADI有開發工具LTpowerPlay；還有一個針對ADI傳統電源的仿真工具ADIsimPE，這4個軟件都可以在ADI官網免費下載使用，幫助客戶簡化設計。
Lorry也表示，依賴于他們對創新、卓越技術、品質和可靠性的支持，ADI必將成為中國電源產品、科技發展創新的重要推動力。
來源：半導體行業觀察
展開 小盤點：這些國內團隊做出了世界頂級熱電材料研究
1821年，德國科學家Seebeck發現在兩個導線的回路其中一端加熱，放在導線旁的磁針會發生轉動的現象，由此產生的電壓差與溫差的比值后來被命名為Seebeck系數，由此，通過溫差發電逐漸進入人們的視野。熱電材料是一種能在電能和熱能直接相互轉換的材料，熱電材料的效率主要由熱電優值ZT決定，
其中S為塞貝克系數(thermoelectric power or Seebeck coefficient)，T為絕對溫度，σ為電導率，κ為導熱系數。相比于其他能源材料熱電材料有眾多優點：
1）體積小而輕，無機械轉動所以無工作噪音。
2）可精準控溫，精度在±0.1℃之內。
3）不使用含氟利昂的物質，對環境無污染。
4）響應速度快，使用時間長，易于控制。
但是，目前熱電材料制成的裝置效率別傳統發電機來說還有不小的差距，因此如何提高熱電材料的效率也就是獲得接近理論極限的ZT值幾乎是所有熱電材料研究的終極目標。一般來說，提高ZT值有兩種方法，一種是提高功率因子（S2σ），其中最重要的是提高Seebeck系數，另一種方法是降低熱傳導系數（K）。而影響功率因子的幾個參數中（散射參數、能態密度、載流子遷移率及費米能級），只有費米能級能通過改變摻雜濃度來調整，從而獲得高的ZT值。Heremans等發現摻雜Tl可使PbTe費米能級附近能量DOS曲線顯著變陡，ZT值提高到了1.5。通常采用納米結構可降低晶格熱導率，其中最典型的材料是Kanatzidis組報道的LAST材料，由于具有小的熱導率，可使ZT值達到2.2左右。目前國內熱電材料的研究隊伍相對來說還是比較少的，但是其中不乏已經做出世界級成果：
陳立東組
陳立東1981年畢業于湖南大學，1984年10月赴日本留學，1990年4月獲日本東北大學獲工學博士學位。
展開 同濟大學《AFM》：一種超高功率因子復合薄膜用于柔性熱電發電機
如圖5(a)所示，當溫差為21.7, 27.2和34.1 K時，該器件的開路電壓分別為11.21, 15.50和21.2 mV。如圖5(b)所示，當溫差為21.7, 27.2和34.1 K時，最大輸出功率分別為0.79, 2.11和4.04 μW。在溫差34.1 K時的最大功率密度高達37.6 W m-2。歸一化的最大功率密度PDmax·l/ΔT2也高于已報道的柔性熱電器件的值。
將該器件放置于剛運行過游戲軟件的手機下。如圖5(c)所示的發電實例：在手機溫度與室溫間9.4 K的溫差下，該柔性熱電器件產生了5.3 mV的電壓。
圖5.用薄膜組裝的六個單臂的f-TEG的性能。（a）不同溫度梯度下的開路電壓（插圖是f-TEG的示意圖）。（b）不同ΔT下的輸出電壓和功率與電流。（c）剛運行完游戲程序的手機與環境之間9.4K溫差產生的5.3 mV電壓的數碼照片（右側為相應的紅外熱像）
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展開 
天空輻射制冷技術發展現狀與展望
輻射制冷技術的實際應用場景也得到了很大拓展，包括建筑節能、提高光伏發電效率、淡水收集、個人熱管理及電廠節水等。將輻射冷卻技術與其他可再生能源技術如太陽能集熱、光伏發電等相結合，可在有限的屋頂部署面積下帶來可觀的節能收益。而冷量可調節的主動式輻射制冷系統如結合相變材料、利用機械變形等提高了輻射制冷技術應用的靈活性。此外，多種顏色與透明輻射制冷材料的進展也擴展了其應用范圍。在實際應用中，除冷卻性能外，需考慮的關鍵因素還應包括成本、穩定性和耐久性，這也將作為未來輻射制冷技術大規模應用的重要參考。
