能量采集系統(tǒng)環(huán)境能量轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)知識(shí)

熱電發(fā)電機(jī) (TEG) 用于采集環(huán)境熱能，并根據(jù)塞貝克效應(yīng) Seebeck effect 「1」產(chǎn)生電壓。熱采集器的基本結(jié)構(gòu)單元是熱電耦。這種熱電耦由一個(gè) n 型材料組成，其與一個(gè) p 型材料串聯(lián)。當(dāng)這種材料出現(xiàn)溫差時(shí)，熱開(kāi)始從高溫面流向低溫面。熱能使自由電子和空穴移動(dòng)，并形成電勢(shì)。常用熱采集器由 p 和 n 摻雜碲化鉍組成，原因是其具有優(yōu)異的熱屬性。這種材料的一個(gè) p-n 腳可在熱冷面之間產(chǎn)生約 0.2 mV/K 溫差。

圖 2 熱電堆陣列和簡(jiǎn)單的 TEG 電氣模型

為了升高輸出電壓并獲得更多的功率（參見(jiàn)圖 2），我們將許多腳電串聯(lián)和熱并聯(lián)，以形成一個(gè)能夠產(chǎn)生約 25 mV/K 溫差的熱電堆。這種熱能采集器可以建模為一個(gè)同電阻串聯(lián)的電壓源，其開(kāi)路電壓與溫度差成比例關(guān)系。電阻來(lái)自于金屬互連和芯塊邊緣的電阻。由此模型，我們可以很容易地知道，要想提取最大功能，就需要對(duì)阻抗進(jìn)行控制，以匹配來(lái)自發(fā)電機(jī)的負(fù)載。熱能采集器的一個(gè)重要方面是，它們周圍需要一個(gè)正確的熱流系統(tǒng)，以保持熱通量以及良好的溫差。如果 TEG 兩面均允許達(dá)到熱平衡，則電功率輸出達(dá)到零。