从深空获取能源的实验演示

论文总字数：24265字

摘 要

传统能源的弊端日益突显，对新能源的开发利用技术尤为关键。对大气研究后发现其在8～13 µm存在一个窗口，通过大气窗口可以将地球上物体的热量辐射到外太空，从而实现辐射制冷。有了温差就会产生热流，如何从中获取功率是最受关心的问题。其中一种方法就是塞贝克效应，作为热电效应之一，它可以实现由热向电的转化，获取电功率。本文首先对辐射制冷和热电效应的知识进行了初步的梳理，从而能够更好的理解相关的内容。再针对市面上常见的SP1848-27145型温差发电片，搭建实验装置测试计算了其实际的塞贝克系数。最后结合辐射制冷和热电效应这两种技术，针对市面上常见的辐射制冷材料和温差发电片，在理论上计算了能从中获取的功率和电压的大小并得到数值解，在实验上搭建了实验装置，直观的表示出其能够产生的温差和输出的电压。在文章结尾对实验结果产生的电压和功率做出了分析和利用价值的展望。

关键词：辐射制冷实验，热电效应，温差发电,塞贝克系数

ABSTRACT

The disadvantages of conventional energy are becoming increasingly prominent, thus the development and utilization of renewable energy technologies have become particularly critical. The atmosphere has a transparency window at 8 ~ 13 µm, through which the heat from the earth can radiate out to outer space, thereby achieving radiative cooling. From thermodynamics, temperature difference can produce useful work using a heat engine. One convenient heat engine is the thermoelectric generator which utilizes the so-called Seebeck effect. In this thesis, we propose to combine a radiative cooler and a thermoelectric generator to produce electricity from the temperature difference between the earth and outer space. First, an experimental setup is built to measure the Seebeck coefficient of a commercial thermoelectric generator (model #: SP1848-27145). Next, a theoretical model of computing the power and voltage from the radiative cooler and the thermoelectric generator is developed. Then, another experimental setup is built to visualize the temperature difference and output voltage produced by the radiative cooler and the thermoelectric generator. At last, potential applications utilizing the electricity harvested from outer space are discussed.

KEY WORDS: radiative cooling, thermoelectric effect, thermoelectric generator, Seebeck coefficient

目 录

摘要 ………………………………………………………………………………………………………Ⅰ

ABSTRACT …………………………………………………………………………………………… Ⅱ

1. 绪论 ……………………………………………………………………………………………1

1.1 引言 ………………………………………………………………………………1

1.2 国内外研究现状 ……………………………………………………………………1

1. 辐射制冷原理 …………………………………………………………………………3

2.1 大气透明窗 …………………………………………………………………………3

2.2 选择性辐射材料 ……………………………………………………………………………4

第三章 热电效应和金属半导体的珀耳帖效应原理 …………………………………………5

3.1 热电效应 ……………………………………………………………………………5

3.1.1 珀耳帖效应 ………………………………………………………………5

3.1.2 塞贝克效应 ………………………………………………………………5

3.1.3 汤姆逊效应 ………………………………………………………………6

3.1.4 开尔文关系式 ……………………………………………………………6

3.2 金属半导体的珀耳帖效应原理 ……………………………………………………6

3.2.1 N型半导体 ……………………………………………………………7

3.2.2 P型半导体 ……………………………………………………………7

第四章 塞贝克系数测量实验 …………………………………………………………………9

4.1 实验原理简介 ………………………………………………………………………9

4.1.1 塞贝克系数 ………………………………………………………………9

4.1.2 实验装置原理 …………………………………………………………9

4.2 实验材料和方法 …………………………………………………………………10

4.2.1 实验材料和设备 ………………………………………………………10

4.2.2 实验方法 ………………………………………………………………10

4.3 实验过程 …………………………………………………………………………11

4.3.1 实验方案 ………………………………………………………………11

4.3.2 操作步骤 ………………………………………………………………11

4.4 实验结果与分析 …………………………………………………………………12

4.4.1 实验结果 ………………………………………………………………12

4.4.2 结果分析 ………………………………………………………………13

4.5 实验小结 …………………………………………………………………………13

第五章 辐射制冷发电实验 …………………………………………………………………14

5.1 实验原理简介 ……………………………………………………………………14

5.1.1 辐射制冷 ………………………………………………………………14

5.1.2 塞贝克效应 ……………………………………………………………14

5.1.3 实验装置原理 …………………………………………………………14

5.1.4 理论输出功率计算 ……………………………………………………15

5.1.5 理论开路输出电压计算 ………………………………………………17

5.2 实验材料和方法 …………………………………………………………………17

5.2.1 实验材料和设备 ………………………………………………………18

5.2.2 实验方法 ………………………………………………………………18

5.3 实验过程 …………………………………………………………………………18

5.3.1 实验方案 ………………………………………………………………19

5.3.2 操作步骤 ………………………………………………………………19

5.4 实验结果与分析 …………………………………………………………………20

5.4.1 实验结果 ………………………………………………………………20

5.4.2 结果分析 ………………………………………………………………20

5.5 实验小结 …………………………………………………………………………21

第六章 结论 …………………………………………………………………………………22

参考文献（References） ……………………………………………………………………23

致谢 ……………………………………………………………………………………………24

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：24265字