温差发电片在建筑节能中的应用
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摘要:本文旨在应用温差发电的提高电动自行车的续航里程。电动自行车上装设的回馈制动系统主要由电动机系统、升压斩波电路、蓄电池系统、控制系统4个部分组成。控制系统负责输入外界信号，由升压斩波电路完成驱动与制动两种工作状态的转换。驱动状态时，电机作为电动机，蓄电池提供电能；制动状态时，电机作为发电机，蓄电池吸收动能。电动自行车回馈制动系统可有效利用自行车刹车时的残余动能，不仅节约能耗，还提高了电动自行车行驶的安全性。
关键字：温差发电, 建筑节能
Abstract: This paper aims to application of thermal energy to improve the mileage of the electric bicycle. The regenerative braking system installed on the electric bicycle motor system, boost chopper circuit, the battery system, of four parts of the control system. The control system is responsible for input to external signals by the boost chopper circuit to complete the drive and brake the conversion of the two working conditions. Driven state when the motor as the motor, battery to provide electrical power; braking, the motor as a generator, battery absorption of kinetic energy.Electric bicycles regenerative braking system can effectively use the residual kinetic energy of the bicycle brake, not only save energy, but also improve the driving safety of electric bicycles.
Keywords: thermal energy, building energy efficiency.
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
0 引言
窗户作为建筑物的重要组成部分已有上千年历史，但是近年来随着人们追求居室明亮、美观大方，不断加大窗户面积的同时，一个关于建筑能耗过高的严重问题摆在人们的面前。据国内外专家学者研究结论表明：窗户的耗能约占建筑能耗的30％～40％[1]，已引起全世界建筑行业普遍关注！
具体而言，窗户在建筑中耗能主要发生在冬夏两季，而季节不同，地理位置气候因素差异，此时热交换的对流、传导、辐射三大途径在其中所起的作用也随之变化。如：夏季主要是辐射的温室效应为主，对流、传导次之，尤其是南方炎热地区；冬季主要以传导、对流为主，辐射次之，尤其是北方严寒地区；而中原地区则正好介于两者之问。随着冬夏季节更迭，建筑物内外的温差导致能量的损失巨大。而同时，这一情况长期得不到足够的重视和解决！
本文旨在研究温差发在建筑节能中的应用，以达到节能环保的目的。
1 温差发电片的功能
利用冬夏两季建筑内外的明显温差，通过温差发电技术，并将热能转化为电能，供应建筑内部的部分用电需求。对用电的终端进行优化设计，使之满足各种低功耗电子产品的充电需求，以及用做应急电源等。一方面减少家庭从电网索取的用电总量，另一方面在断电或者紧急情况下，为用户提供应急电能。
2 温差发电的原理
利用热电效应，又称温差电效应，在无外磁场时包括五个效应塞贝克效应(Seebeckeffect)、珀尔帖效应(Peltier effect)、汤姆逊效应(Thomson effect)，焦耳效应(Jouleeffect)和傅里叶效应(Fouriereffect)。基于热电效应的原理，可以实现热能与电能之间的转换。温差发电片利用半导体发电片TEC1-12703，将P型和N型两种不同类型的热电材料连接起来，一端置于高温状态，另一端置于低温状态并开路。由于热激发作用，高温端的空穴和电子浓度比低温端高，因此空穴和电子从高温端向低温端扩散，从而在低温开路端形成电动势[2]。
3 温差发电片的组成
温差发电装置由温差发电片TEC1-12703若干组、稳压电路模块、USB集线模块、12V优质铅蓄电池组、常用电子元器件及导线若干等构成。组成发电部分，控制部分，储电用电部分三个部分。
(1)发电部分
应用温差发电原理，即将两种不同类型的热电转换材料N和P的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温，时由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差；如果将许多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压，形成一个温差发电机。
控制模块
负责对温差发电模块的电压进行稳压处理，电流进行并联汇总，形成质量较高的电能，并输送到用电模块。
储电用电模块
此模块配备有12V铅蓄电池组可做应急电源使用，以及USB集线器模块，用于低功耗电子产品的用电及充电服务。
4 温差发电片的工作过程
将温差发电片安装在夹层玻璃的中间，使其两面分别和夹层玻璃的两面接触，使其直接接触建筑物室内外的温度环境，营造了最佳的温差发电环境[3]。
在冬夏两季窗户的两面将暴露在两个有显著温差的温度环境中，温差驱动安装在夹层的温差发电装置源源不断地发电，再经过稳压控制模块，将电能输送到充电模块供给室内的数码产品进行充电，同时并联着蓄电池组，作为应急电源供给用户不时之需。
结语
温差发电作为一种热—电能量直接转换方式，在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能。温差发电材料无气态或液态介质存在，而且在能量转交过程中没有废水、废气等污染物的排出，是一种对环境近乎零排放的能源材料，这对于保护环境、改善人类生存与可持续发展具有重要的意义，是一种十分理想的电源。进过合理的设计，温差热电转换效率可高达14％，虽然远不及传统的效率接近40%的发电技术，但是由于其面向的能量来源是零成本的废热与温差，所以所蕴藏的经济效应不言而喻。温差发电片在建筑节能方面具有远大的发展前景。
参考文献
[1]王金南，曹东等．能源与环境：中国2020[M]．北京：中国环境科学出版社，2004．
[2]王华军，韩刚．半导体热电发电技术．太阳能，2002，6：16—18．
[3]何元金，陈宏，陈默轩．温差发电种新型绿色的能源技术[J]．工科物理，2002，2：36—41