家庭太阳能热水器温差发电转化系统
家庭太阳能热水器温差发电转化系统充分利用了本专业的知识，如温差发电模块的选用与连接、蓄电池充电保护电路的选用与连接等。本课题可以弥补许多场合存在的热能浪费现象，将过剩的热能充分利用，达到变废为宝的作用。它具有经济环保，简单轻便，无噪音无污染等诸多优点。课题利用了温差发电模块将太阳能热水器中的热水与外界存在的温差进行发电，然后通过稳压升压模块对电压进行抬升以达到能给12V蓄电池进行充电的目的，另外为了延长蓄电池的使用寿命，额外设计添加了蓄电池充电保护电路。
1.课题由来及前景分析3
2.温差发电的原理3
3. 太阳能热水器温差发电结构图5
4.1温差发电模块 6
4.2稳压升压模块8
4.3蓄电池充电及保护电路模块9
4.4太阳能热水器水仓改造 10
4.5成本估算与经济效益11
5.总结11
6.致谢12
7.参考文献13
一、课题由来及前景分析——
课题的想法由来已久，高中接触到热敏电阻的时候就突发奇想能不能放到太阳能热水器中利用太阳能热水器的热水与外界存在的较大温差实现温差发电？
进入21世纪，石油能源日益枯竭，一些发达国家越发重视温差发电在民用领域的发展。中国作为人口大国，在这方面具有得天独厚的优势，因为一点研究成果在民用上推广开来就将取得巨大收益。
据统计，自2001年以来，中国太阳能热水器的安装量一直稳居世界第一，并保持世界安装量的70%以上！这是多么惊人的数字，可以说太阳能热水器在中国已经基本普及。
大家都知道，在夏天天气温度很高，太阳能热水器中上满水，在高温蒸烤下往往太阳刚过中午水便已经达到滚烫甚至沸腾了，那下午的时间太阳能热水器的功用等于是被浪费了，这被浪费的这段时间恰恰是一天之中气温最高太阳能供给最多的时间段，倘若充分利用好这段时间将给我们提供丰厚的回报。我们或许可以将热敏电阻的特性用到这里，将原本被浪费的能量转变成电能，存储在蓄电瓶中，虽然发电量可能有限，但基本可以供给卫生间的照明和浴室的排风等电器电器使用。这个课题如果做出来并且能在居民生活中广泛应用的话相信或多或少可以为大家节省一笔电费开支，也可为国家节能减排做出一点贡献。
为实现这一课题，我在网上和相关书籍上做了广泛调查和分析，最终认为这是可以被实现的。
家庭太阳能温差发电系统是光—热—电三者转换的系统，其中充分利用到了本专业的知识，如热敏电阻的使用，温控器的使用，以及最后能量的储备和利用等。
二.温差发电的原理
热电发电是一种发电技术基于塞贝克效应的热电材料的N型和P型的热效应的发展，两种不同热电材料的（P型孔的的材料，N型是富电子材料）相连接在一起形成的PN结，这种连接在高温的情况下，由于热刺激，P（N）的端孔式的高温材料（电子）的浓度高于低温端，所以在这样的浓度梯度下，电子和空穴开始蔓延到低温端，从而形成电动势。因此，热电材料通过高温端和低温端的温度差即可转化为电能。单独一个PN结，电动势可能形成很小，如果很多这样的PN结系列，你可以得到足够高的电压，成为一个热电发电机。【3】这种发电机在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能, 并且转换过程中不需要机械运动部件, 也没有空气或水等干扰介质存在, 因此适应范围广、安全可靠、重量轻、体积小、对环境不存在任何污染, 是相当理想的电源。 温差发电的灵活、绿色、安静和微小体积的特性, 使其可在许多领域将逐渐发挥越来越大的作用。
温差发电技术，是一种目前看来相当绿色环保的技术。温差发电技术具有结构简单，坚固耐用，无运动部件，无噪音，寿命长等特点。这种发电技术可以合理利用太阳能，地热能，工业余热等低品位能源转化为电能。对温差发电技术的研究是第一个在第二十世纪40年代开始。由于其突出的优越性，在航空火力发电，军事等领域得到了广泛的应用，美国，前苏联研制的放射性同位素热电发生器或核反应堆用于空间站，海洋设备的电源。随着化石能源的日益枯竭，发达国家，日本，欧盟和美国更注重温差发电技术的研究在民用领域，并取得了长足的进步。温差发电方面的研究，主要集中在电气原理和热电材料的制备研究，提供优良的性能优化热电材料的制备理论指导。【2】针对电器的差异，尽管中国半导体热电器件是世界上最大的出口国，但在热电发生器的整体设计和应用方面的研究还很缺乏，因此在热电发生器的研究方面做出突破打破研究缺乏技术垄断的局面对于中国这样的人口大国和太阳能热水器基本普及的国情来说具有非常现实的意义。
国内温差发电的研究进展
国内的研究开始在温差发电方面起步较晚，研究主要集中在与热电材料的制备等理论。陈金灿团队开始从第二十世纪80年代的热电发电机的基本理论的研究，对热电发电机的性能优化分析，得到一些有意义的结果。性能的变化，如曲涧的输出功率和外部条件的不可逆的情况下，发电机的效率。李东分析了从火用的角度下的发电机工作性能的温度差。任网络分析热电发电机的热环境，如负载电阻和热电发电机的工作性能的单体连接方式的电路参数的影响，提高热电发电机热端的热通量或增加传热系数的冷端都可以提高输出功率和发电机的热电转换效率的结论。苏京房研究系统和环境，系统和系统之间的热流量的关系，使系统的性能特性的优化，热电发电机优化设计模型的建立，同时以VB6.crosoftvisualbasic6.0）语言作为开发工具，为此科学家进行了大量关于ActiveX数据对象访问数据库，编制了热电发生器的设计软件。前请通过小型半导体温差发电性能低品位热源的研究，一些科学家总结出电动势和内电阻和输出功率与外部电路参数的变化，温度，功率元件的几何尺寸等因素的影响，他们还研究了热电模块的串联和并联的情况下的性能。李伟江从非平衡热力学的角度，在温度稳定的工作模型差小的单个和多个发电机的建立。对内部结构和外部换热条件变化的操作规程热电发生器的研究，结合实验，最佳的匹配系数，输出功率和发电的最大温度差线性变化的效率提高，并指出低效率问题，取决于上一代这是材料性能的改善。东边的理论分析和实验研究相结合，通过油箱排气管附近的制冷条件区域的仿真，通过冷却的红外伪装效果评价，通过油箱排气余热热电技术对坦克将红外隐身的可行性应用。
目前制约温差发电发展的的主要问题是低效率。大家都知道，将电能转化为热能这很容易，家用的热水壶、取暖器、电饭煲等都是这个原理，电能转化成热能的效率也很高。但是反之将热能转化为电能就会存在极大的浪费，热电转化效率极低，据说第一台问世的温差发电机的转化效率仅为1.5%。尽管后来不断改良，无论从热电材料的性能或是发电器的匹配问题都做出了极大地改进但效果并不很明显。
那么就有人要问这么得不偿失的课题为什么要拿出来研究？热电转化效率低这是现阶段技术上很难攻克的问题不说，我们课题“家庭太阳能温差发电系统”研究对象是家用太阳能热水器。大家都知道在夏天气温很高，热水器上满水一个上午就会被灼热的阳光晒到滚烫甚至沸腾的地步，那么下午的时间呢？继续加热热水继续沸腾，蒸汽落下化成水又被加热成蒸汽周而复始，这谁能不说是种浪费呢?而且是种极大的浪费！为什么这么说呢？试想全国多少户居民？每家一个太阳能热水器一个夏天下来要有多少能量被白白浪费？如果能把这些能量充分利用起来那收益无疑是巨大的！
1.课题由来及前景分析3
2.温差发电的原理3
3. 太阳能热水器温差发电结构图5
4.1温差发电模块 6
4.2稳压升压模块8
4.3蓄电池充电及保护电路模块9
4.4太阳能热水器水仓改造 10
4.5成本估算与经济效益11
5.总结11
6.致谢12
7.参考文献13
一、课题由来及前景分析——
课题的想法由来已久，高中接触到热敏电阻的时候就突发奇想能不能放到太阳能热水器中利用太阳能热水器的热水与外界存在的较大温差实现温差发电？
进入21世纪，石油能源日益枯竭，一些发达国家越发重视温差发电在民用领域的发展。中国作为人口大国，在这方面具有得天独厚的优势，因为一点研究成果在民用上推广开来就将取得巨大收益。
据统计，自2001年以来，中国太阳能热水器的安装量一直稳居世界第一，并保持世界安装量的70%以上！这是多么惊人的数字，可以说太阳能热水器在中国已经基本普及。
大家都知道，在夏天天气温度很高，太阳能热水器中上满水，在高温蒸烤下往往太阳刚过中午水便已经达到滚烫甚至沸腾了，那下午的时间太阳能热水器的功用等于是被浪费了，这被浪费的这段时间恰恰是一天之中气温最高太阳能供给最多的时间段，倘若充分利用好这段时间将给我们提供丰厚的回报。我们或许可以将热敏电阻的特性用到这里，将原本被浪费的能量转变成电能，存储在蓄电瓶中，虽然发电量可能有限，但基本可以供给卫生间的照明和浴室的排风等电器电器使用。这个课题如果做出来并且能在居民生活中广泛应用的话相信或多或少可以为大家节省一笔电费开支，也可为国家节能减排做出一点贡献。
为实现这一课题，我在网上和相关书籍上做了广泛调查和分析，最终认为这是可以被实现的。
家庭太阳能温差发电系统是光—热—电三者转换的系统，其中充分利用到了本专业的知识，如热敏电阻的使用，温控器的使用，以及最后能量的储备和利用等。
二.温差发电的原理
热电发电是一种发电技术基于塞贝克效应的热电材料的N型和P型的热效应的发展，两种不同热电材料的（P型孔的的材料，N型是富电子材料）相连接在一起形成的PN结，这种连接在高温的情况下，由于热刺激，P（N）的端孔式的高温材料（电子）的浓度高于低温端，所以在这样的浓度梯度下，电子和空穴开始蔓延到低温端，从而形成电动势。因此，热电材料通过高温端和低温端的温度差即可转化为电能。单独一个PN结，电动势可能形成很小，如果很多这样的PN结系列，你可以得到足够高的电压，成为一个热电发电机。【3】这种发电机在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能, 并且转换过程中不需要机械运动部件, 也没有空气或水等干扰介质存在, 因此适应范围广、安全可靠、重量轻、体积小、对环境不存在任何污染, 是相当理想的电源。 温差发电的灵活、绿色、安静和微小体积的特性, 使其可在许多领域将逐渐发挥越来越大的作用。
温差发电技术，是一种目前看来相当绿色环保的技术。温差发电技术具有结构简单，坚固耐用，无运动部件，无噪音，寿命长等特点。这种发电技术可以合理利用太阳能，地热能，工业余热等低品位能源转化为电能。对温差发电技术的研究是第一个在第二十世纪40年代开始。由于其突出的优越性，在航空火力发电，军事等领域得到了广泛的应用，美国，前苏联研制的放射性同位素热电发生器或核反应堆用于空间站，海洋设备的电源。随着化石能源的日益枯竭，发达国家，日本，欧盟和美国更注重温差发电技术的研究在民用领域，并取得了长足的进步。温差发电方面的研究，主要集中在电气原理和热电材料的制备研究，提供优良的性能优化热电材料的制备理论指导。【2】针对电器的差异，尽管中国半导体热电器件是世界上最大的出口国，但在热电发生器的整体设计和应用方面的研究还很缺乏，因此在热电发生器的研究方面做出突破打破研究缺乏技术垄断的局面对于中国这样的人口大国和太阳能热水器基本普及的国情来说具有非常现实的意义。
国内温差发电的研究进展
国内的研究开始在温差发电方面起步较晚，研究主要集中在与热电材料的制备等理论。陈金灿团队开始从第二十世纪80年代的热电发电机的基本理论的研究，对热电发电机的性能优化分析，得到一些有意义的结果。性能的变化，如曲涧的输出功率和外部条件的不可逆的情况下，发电机的效率。李东分析了从火用的角度下的发电机工作性能的温度差。任网络分析热电发电机的热环境，如负载电阻和热电发电机的工作性能的单体连接方式的电路参数的影响，提高热电发电机热端的热通量或增加传热系数的冷端都可以提高输出功率和发电机的热电转换效率的结论。苏京房研究系统和环境，系统和系统之间的热流量的关系，使系统的性能特性的优化，热电发电机优化设计模型的建立，同时以VB6.crosoftvisualbasic6.0）语言作为开发工具，为此科学家进行了大量关于ActiveX数据对象访问数据库，编制了热电发生器的设计软件。前请通过小型半导体温差发电性能低品位热源的研究，一些科学家总结出电动势和内电阻和输出功率与外部电路参数的变化，温度，功率元件的几何尺寸等因素的影响，他们还研究了热电模块的串联和并联的情况下的性能。李伟江从非平衡热力学的角度，在温度稳定的工作模型差小的单个和多个发电机的建立。对内部结构和外部换热条件变化的操作规程热电发生器的研究，结合实验，最佳的匹配系数，输出功率和发电的最大温度差线性变化的效率提高，并指出低效率问题，取决于上一代这是材料性能的改善。东边的理论分析和实验研究相结合，通过油箱排气管附近的制冷条件区域的仿真，通过冷却的红外伪装效果评价，通过油箱排气余热热电技术对坦克将红外隐身的可行性应用。
目前制约温差发电发展的的主要问题是低效率。大家都知道，将电能转化为热能这很容易，家用的热水壶、取暖器、电饭煲等都是这个原理，电能转化成热能的效率也很高。但是反之将热能转化为电能就会存在极大的浪费，热电转化效率极低，据说第一台问世的温差发电机的转化效率仅为1.5%。尽管后来不断改良，无论从热电材料的性能或是发电器的匹配问题都做出了极大地改进但效果并不很明显。
那么就有人要问这么得不偿失的课题为什么要拿出来研究？热电转化效率低这是现阶段技术上很难攻克的问题不说，我们课题“家庭太阳能温差发电系统”研究对象是家用太阳能热水器。大家都知道在夏天气温很高，热水器上满水一个上午就会被灼热的阳光晒到滚烫甚至沸腾的地步，那么下午的时间呢？继续加热热水继续沸腾，蒸汽落下化成水又被加热成蒸汽周而复始，这谁能不说是种浪费呢?而且是种极大的浪费！为什么这么说呢？试想全国多少户居民？每家一个太阳能热水器一个夏天下来要有多少能量被白白浪费？如果能把这些能量充分利用起来那收益无疑是巨大的！
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1854.html
