利用太陽能的熱電偶正向串聯(lián)發(fā)電技術(shù)研究太陽能熱電偶

利用太陽能的熱電偶正向串聯(lián)發(fā)電技術(shù)研究太陽能熱電偶 摘要 根據(jù)熱電偶傳感器的測溫原理逆向思維,與光電傳感器串聯(lián)制成光伏陣列類似,將熱電偶串聯(lián)產(chǎn)生的熱電勢轉(zhuǎn)換為電能。測量端利用太陽能加熱,參考端靠水冷卻,初步研究熱電勢與熱電偶材料的直徑、長度、補償導(dǎo)線之間的關(guān)系,由此制造出的綠色發(fā)電機無污染,成本低,其結(jié)果論證了本方法的實用性與可行性。 關(guān)鍵詞 E型熱電偶 熱電勢 補償導(dǎo)線 綠色發(fā)電機 一、引言 目前,能源告急,如何用綠色能源生產(chǎn)電能對我國可持續(xù)發(fā)展具有很重要的現(xiàn)實意義,太陽能電池利用光電傳感器中產(chǎn)生的電動勢,將其串并聯(lián)得到太陽能電池陣列發(fā)電,類似地,我們利用熱電偶傳感器中產(chǎn)生的熱電動勢,并將熱電偶串聯(lián)得到發(fā)電組件,其測量端采用太陽能集中加熱,參考端自然冷卻,將來做成一種新型綠色發(fā)電機,成本有望比太陽能電池更低。本論文從此觀點出發(fā)利用試驗對太陽能熱偶發(fā)電技術(shù)進行初步研究,通過對試驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析總結(jié)出一些規(guī)律,這對我們進一步研究新能源開發(fā)與利用十分有利。 二、熱電偶的測溫原理與串聯(lián) 1.熱電偶的測溫原理 熱電偶的測溫原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體A和B連成閉合回路,當兩個接點處的溫度不同時,回路中將產(chǎn)生熱電動勢,又稱塞貝克效應(yīng)。本論文中逆向思維,不是用于測溫而是利用產(chǎn)生的熱電動勢發(fā)電,具有創(chuàng)新性。 2.熱電偶的串聯(lián) 熱電偶的基本定律有中間導(dǎo)體定律、參考電極定律、中間溫度定律。在試驗前,我們根據(jù)中間溫度定律、參考分度表可以對產(chǎn)生的熱電動勢進行估算。根據(jù)中間導(dǎo)體定律可知,加設(shè)補償導(dǎo)線既不會降低熱電動勢,又可以節(jié)約成本,這對于實際生產(chǎn)具有十分重要的意義。 熱電偶可串聯(lián)使用,如下圖2所示。 但只能是同一分度號的熱電偶,且參考端應(yīng)在同一溫度下。當熱電偶正向串聯(lián),可獲得較高的熱電動勢,其總熱電動勢的輸出等于各熱電動勢輸出之和,如式3,這正符合我們利用熱電偶串聯(lián)達到發(fā)電的目的。 三、試驗過程 1.試驗器材的選用 目前,我國工業(yè)上采用的4種標準化熱電偶有4種分別是:鎳鉻-考銅(E型)、鎳鉻-鎳鋁(K型)、鉑銠30-鉑銠6(B型)、鉑銠10-鉑(S型)。其特性曲線如圖3所示,由圖可知,我們選用E型最合理,這種熱電偶在同等的溫度差條件下產(chǎn)生的熱電動勢最大。 本次試驗所選用主要材料及儀器清單如下表1所示: 2.試驗數(shù)據(jù) 本系列試驗一百多次,挑選其中具有代表意義的測量數(shù)據(jù),從中尋求在適當范圍內(nèi)熱電偶的直徑、長度與產(chǎn)生的熱電動勢之間的關(guān)系以及加補償導(dǎo)線對熱電動勢的影響。 (1)直徑與熱電動勢的關(guān)系 采用相同長度不同直徑的熱電偶進行試驗測量所得數(shù)據(jù)如下表2所示: (2)長度與熱電動勢的關(guān)系 采用相同直徑不同長度的熱電偶進行試驗測量所得數(shù)據(jù)如下表3所示: 3.數(shù)據(jù)分析 對以上具有代表性的試驗數(shù)據(jù)進行分