溫差發電原理參考這篇文章 溫差發電機：不用電的“智能”風扇，半導體(ti) 製冷片的diy

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以蜂窩煤熱水爐的進出水為(wei) 溫差源，製作了一台半導體(ti) 溫差發電裝置，原理框圖見圖1。

半導體(ti) 溫差發電是一種將溫差能（熱能）轉化成電能的固體(ti) 狀態能量轉化方式。發電裝置無化學反應和機械運動，無噪聲、無汙染、無磨損、壽命長。它的核心部件是半導體(ti) 溫差電偶模塊（因多用於(yu) 製冷，亦稱半導體(ti) 致冷片，電子元器件市場大多有售）。將它的兩(liang) 根引出線連接到萬(wan) 用表的電壓或電流擋，用體(ti) 溫傳(chuan) 導到它的一個(ge) 麵，使其兩(liang) 麵形成溫差，指針就會(hui) 偏轉，實實在在的溫差發電就展現在你的麵前。但是，目前半導體(ti) 溫差電偶模塊熱電轉化效率低，近年有研究表明最高不到5％，這是半導體(ti) 溫差發電實用化的最大障礙。

半導體(ti) 溫差發電裝置，原理框圖1

製作半導體(ti) 溫差發電裝置的第一件事是選擇溫差源。

一是炊事溫差，燒天然氣、石油液化氣、煤炭、沼氣等等產(chan) 生高溫；二是空調、暖氣溫差；三是地溫溫差，庭院井水、溪水與(yu) 地表的溫差；四是太陽能溫差，用太陽能熱水器、太陽灶獲得熱量；五是冬季冰雪與(yu) 室內(nei) 、地下的溫差，等等。但是，利用起來必須滿足方便獲得、經濟、持續和有足夠的能量的要求。實驗表明，對目前通常的半導體(ti) 溫差發電模塊每提供攝氏1度的溫差可相應產(chan) 生約0.03V電壓，可見溫差小就沒有實際利用價(jia) 值。本人之所以選擇蜂窩煤熱水爐的進出水為(wei) 溫差源，是因為(wei) 爐火晝夜不熄，爐灶熱水與(yu) 進水（自來水）的溫差大，夏季攝氏60多度，冬季可達攝氏90多度，且比較穩定。同時利用自來水的壓力解決(jue) 了能量無耗輸送的難題，隻要家庭成員洗菜、洗碗、洗手、洗臉、洗澡等一用熱水，就能獲得理想的溫差。特別需要強調的是，半導體(ti) 溫差電偶模塊是良好的導熱體(ti) ，如果兩(liang) 麵沒有高低溫兩(liang) 種能量的輸送，溫差就不能維持，保溫做得再好，模塊兩(liang) 麵的溫度接近也是枉然。這是許多失敗案例的根本原因。本發電裝置用的是“過路水”，能耗視同為(wei) 零，同時對熱水的降溫也不十分明顯。圖2是該裝置的結構示意圖。

製作要點如下：

1.介質導管和高低溫差麵的製作 將兩(liang) 根直徑30.5mm、長1000mm的鋁管兩(liang) 端車絲(si) ，以便在使用時經活接頭接人蜂窩煤熱水爐的冷、熱水管路，按圖2剖麵的形狀加工後，分別和寬60mm、厚3mm、長1000mm的鋁條焊在一起，焊接要充分、厚實。鋁條與(yu) 半導體(ti) 溫差發電模塊相貼的冷熱端傳(chuan) 導麵要平整光滑。再試著將要安裝的半導體(ti) 溫差發電模塊在冷熱傳(chuan) 導麵間間隔排列（筆者一共用了10塊），然後在鋁板邊緣按每個(ge) 模塊每邊兩(liang) 個(ge) 緊固螺栓鑽好孔。用絕緣板做一個(ge) 尺寸合適的槽子，用空調保溫套管作保溫材料，將其剪開卡套在熱（水）介質導管上，再將絕緣板槽固定上即可；冷（水）介質導管則無需保溫。

2.半導體(ti) 溫差發電模塊的測試選用與(yu) 裝配 正規廠商提供的半導體(ti) 溫差模塊一般都有性能指標，你可別讓上麵十幾伏幾十安的數值弄得眉開眼笑，那是它們(men) 致冷製熱的耗電指標，發電它們(men) 可低能呢。筆者曾經測試過同一批產(chan) 品的發電性能，空載電壓有的3.4V有的2.7V，空載電流有的1.6A有的0.7A。隻有采用對溫差特別敏感的，才有可能DIY出較理想的發電裝置來。具體(ti) 的測試方法是：下麵用一塊大功率音響拆下的鋁散熱塊什冷源（散熱），上麵把電熨鬥撥到低溫擋作熱源，用萬(wan) 用表進行測試。注意測試一塊要停頓一下，讓鋁散熱塊冷下來再測下一塊，否則不準。接下來就是對模塊厚度一致性的把握，把稍薄和稍厚的拿下不用，不然整個(ge) 組件都沒法裝緊。這些工作完後就可以進行溫差發電模塊組件的裝配了，均勻地在模塊雙麵薄薄塗上導熱矽脂，逐片擰上四個(ge) 緊固螺栓，模塊被卡緊不能移動就算裝好。

3.發電模塊組件的連接。將溫差發電裝置接入冷、熱水管路，機械裝配完成。接著就是對發電模塊單體(ti) 發電工作狀態的檢測，看看有沒有電壓電流明顯偏低的。如果有多半是沒有被緊固螺栓卡緊，需要采取措施解決(jue) ，否則在並聯中將成為(wei) 負載，在串聯中成為(wei) 電流“瓶頸”。半導體(ti) 溫差發電模塊正反向電阻很低。且差別不太大，攝氏10度溫差時僅(jin) 幾歐至十幾歐，這時它難與(yu) 負載匹配，發電效率極低，但隨著溫差的加大迅速上升至幹歐級。由於(yu) 安裝麵向的關(guan) 係，紅黑引線並不代表實際的正負，檢測單體(ti) 發電工作狀態的同時也弄清了正負極。可以根據負載的情況進行並聯、串聯的連接。半導體(ti) 發電模塊組件的總功率並不等於(yu) 單體(ti) 功率的簡單相加，會(hui) 遠小於(yu) 它，尤其是並聯狀態。筆者將10塊單體(ti) 發電模塊全部串聯。小流量使用熱水，開路電壓為(wei) 13.93V，開路電流345mA（時為(wei) 夏季，冬季自來水溫度將下降攝氏20～25度，溫差增加攝氏15～20度，功率要比夏季大得多）：熱水停用，開路電壓為(wei) 6.23V，開路電流7mA。

4.控製電路的製作。該發電裝置在夏季便可以直接帶動9V的直流小風扇或50粒的LED燈，但隻能與(yu) 熱水同步。如要擴大供電範圍靈活用電，需要配置控製電路和蓄電池。筆者使用的控製電路是依據《電子報》上一款充電控製器原理圖製作的，因尊重設計者的勞動在此就不依樣畫葫蘆。為(wei) 了滿足對此有興(xing) 趣的讀者，筆者另製作了一個(ge) 簡易實用的控製電路，見圖3。

由三端可編程集成電路TLA31和三極管C2500組成穩壓充電控製電路。該電路適應輸入電壓的大範圍變動，輸出電壓可調且穩定精度較高。其中R2、R3為(wei) TL431參考電壓Vref的調整電阻，改變它們(men) 的阻值便可調整輸出電壓的高低，筆者在調試時取R2=16.81kΩ、R3=12.05kΩ，輸出電壓穩定在7V，並承受輸入電壓從(cong) 9V到20V（甚至更高，未測）的大幅變化。三極管要求耐壓30V、電流大於(yu) 0.5A、hFE120以上的。D1是隔離二極管，接人電路有0.5V左右的壓降，設定輸出電壓值時應當考慮進去。該電路給6V鉛酸蓄電池充電效率較高，接近充滿即轉入涓流充電，直至電流為(wei) 零，不會(hui) 發生過充現象。若將輸出電壓調在4.2V，可快速地給3.6V的手機電池充電。