半导体温差发电片发电测试

原理

半导体温差发电片是利用塞贝克效应（Seebeck effect）又称作第一热电效应，通过温差发电，或者通过电流产生温差（即制冷片，是一种东西）的器件，多用在饮水机制冷、电子器件冷却，现在也开始用在余热回收方面。

分类

发电片内部是串联的小节点，节点数决定了发电片的功率，常见的有127个、199个、241个等等，越多则单位温差的电压越高、电流越大，当然价格也更贵。淘宝上比较普遍的是40mm*40mm 127的发电片，55mm*55mm 241的发电片。

另外一个重要参数是工作温度，普通制冷片热面最高不到100度，否则就烧坏了，耐高温的有200度和250度两种，选型时要注意区分。

实验

简单实验：从拼多多或淘宝上可以买到 60 块的实验台，包括加热铝板、温差片、铝散热片、usb输出和usb风扇，我买了一套，风扇转几分钟温差片就不工作了，显然是过热烧坏了；
半专业实验：换一块耐高温的温差片，散热片换一块铜的CPU散热片，输出端用万用表测量，127 的输出电压最高到1.6V，241的输出电压最高到3.1V，199+241两块串联电压最高到4.1V；
专业实验：买一个可控温的加热器(我淘的Vectech V0505，只要180块)，用水冷散热或制冷面积不少于0.2平方米的散热片，这步我还没做，预计241的开路电压可以到5V。

发电计算

根据阿里巴巴上面的数据，241在温差110度时的开路电压11.5V，电流1250mA，输出电压7V。温差介于0-110度之间的可以线性差值计算开路电压、电流，也可以通过测得的开路电压反算温差，偏差不大。

传热计算

一维稳态导热问题。温差片的导热系数在2W/m.k，厚度在3.5-4mm，热面可以视为温度恒定，冷面接散热片，散热片的温度与【散热面积和空气对流换热系数h乘积】成反比，h取值范围5-10（室内无风取5或6），用这种方法可以计算出各种热流(W)下的发电片输出电压，并计算出所需要的散热面积。

散热量计算

以长宽厚55mm*55mm*3.7mm的241片为例，面计A=0.003025㎡，导热系数λ=2.18W/m.k，厚度δ=0.0037m，开路电压5V所需的温差ΔT=5*110/11.5=47.82℃，则所需输入热流量=λ*A*ΔT/δ=85.23W。按照发电片发电效率3%计算，所需散热量为85.23*（1-0.03）=82.67W。

结论

发电片要真正应用，必须解决散热问题，普通的CPU散热片不能满足50W-100W的散热量需求，需要用大功率散热片。用风扇提高对流换热系数h也可以起到冷却作用，不过发的电还不够风扇用，没有意义。