文献综述

——太阳能温差发电在玩具中的应用模型设计

一、研究背景和意义

能源与人类的生存密切相关，它是提高人民生活水平，发展世界文明的物质基础。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其他国家大部分则是以石油与天然气为主。根据专家预测，按目前的消耗量，石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年，能源危机迫在眉睫。因此大力发展可再生能源，用可再生能源和原料全面取代化石资源是解决能源危机的重要出路。太阳能作为一种绿色可再生能源，具有储量丰富、清洁环保、分布广泛等特点，是理想的替代能源。温差发电技术是一种基于塞贝克效应（Seebeck 效应）的固态能量转换技术，具有结构简单、绿色环保、可靠性高等特点,塞贝克效应是利用热电材料两端的温差使材料的载流子发生运动，进而实现能量形式的转换^[1]。

温差发电是继核能、太阳能、风能之后的又一种新能源利用方式，备受世界各国的关注。温差发电不受天气影响，无噪音、寿命长，但也存在一个严重短板——半导体材料的热电转净半导体材料中掺入微量的其他元素，如纯净的硅晶体中掺入少量的磷、硼，可有效提高半导体的热电转换率；二是研究更加优化的工艺，即增大或提供持续稳定的温差。

二、国内外研究现状

2.1 太阳能温差发电国外研究现状

温差发电开辟了利用太阳能的一个新途径。1922 年，Coblentz为了测量其他星球的红外辐射，利用第一台太阳能温差发电装置进行了测试，因为当时系统所用热电材料的 ZT优值低（lt;0.4），太阳能集热率和热端温度低，所以系统的效率很低 (lt;1%)^[1]。1954 年，M．Telkes 研发出由 25 对温差电偶组成的太阳能温差发电机，聚光型的温差为 247,效率达3.35%。前苏联在 1960 年已经研制成功 100 瓦的实验性太阳能温差发电机。最近二十几年，随着温差发电技术的进步以及新能源渐热全球，太阳能温差电发电技术得到了长足的发展。

1996年Chen 计算了基于平板集热器的太阳能热电发电中的一些基本问题，如转化效率，最大输出功率，负载的影响等；H. Naito 等使用抛物面镜开发了一种太阳能热电转换器。1998 年，Omer 等人研究了太阳能热电发电中的器件优化问题。指出器件的尺寸优化对于提高效率非常重要^[3]。2001 年，Stevens W J^[4]在考虑了热端板、冷端板热阻的情况下研究了线性、锯齿形和正弦温差分布情况下热电器件效率的变化。2003年 Scherrer H^[5]等建立的基于方钴矿的热电器件模型，着重考虑了集热器和散热器面积与 P/N 结面积比对热电器件效率的影响。