郭敬波，李慶才，夏宇祥

(德州學院 機電工程學院，山東 德州 253023)

?

基于溫差太陽能互補發(fā)電技術的筆記本散熱器的研究

郭敬波，李慶才，夏宇祥

(德州學院 機電工程學院，山東 德州 253023)

本文是針對基于溫差太陽能互補發(fā)電技術的筆記本散熱器的研究。在當前能源枯竭，可再生能源利用機制不完善的背景下，充分利用筆記本電腦本身的熱量與充分發(fā)揮了太陽能溫差發(fā)電清潔和容易獲得的優(yōu)點，通過合理的機構設計使兩者有機整合。本文主要介紹本裝置的工作原理及各部分結構，并對其可行性做了認真分析。

智能；溫差發(fā)電；太陽能發(fā)電；散熱器

1　研究背景

能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，世界各國對能源的需求與日俱增，而煤炭、石油和天然氣三大化石能源卻日漸枯竭。能源結構的不合理和能源利用技術水平低成為了嚴重制約我國經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境改善的重要因素。開發(fā)和利用可再生能源，改變現(xiàn)有的能源結構，積極尋找節(jié)能新技術就成了當下急需解決的一個問題。在這樣的需求壓力之下，太陽能溫差發(fā)電因為其綠色環(huán)保，可再生無公害，且設備及系統(tǒng)結構簡單小型，使用壽命長、適應性強、具廣闊的發(fā)展研究潛力前景等優(yōu)點備受關注。以及考慮到筆記本電腦自身散熱差，熱量浪費這一現(xiàn)實，我們意在在現(xiàn)有的筆記本電腦散熱器上通過添加太陽能溫差發(fā)電裝置來實現(xiàn)將太陽能和溫度差轉化為電能進而被散熱器所使用，基于溫差太陽能互補發(fā)電技術的筆記本散熱器進入了人們的視線。

2　散熱器原理及結構分析

散熱器總體裝置包括四個部分：溫差發(fā)電部分，太陽能發(fā)電部分，蓄電池部分，系統(tǒng)控制部分。溫差發(fā)電部分主要由半導體發(fā)電芯片組成；太陽能發(fā)電部分主要由太陽能電池板構成；系統(tǒng)控制含有位置控開關，手動開關，電源指示燈芯片，蜂鳴器；蓄電池部分由穩(wěn)壓模塊和蓄電池組成。蓄電池供給由三部分組成分別是：溫差發(fā)電模塊供給，太陽能電池板供給以及室內(nèi)民用電供給。其中太陽能電池板和溫差發(fā)電模塊的輸出電壓不穩(wěn)定，所以在蓄電池充電端的太陽能電路和溫差發(fā)電電路的接入部分共用一個穩(wěn)壓模塊。散熱器風扇電源由蓄電池供給。

2.1溫差發(fā)電部分

溫差發(fā)電主要是利用半導體溫差模塊將熱能轉換成電能。人們發(fā)現(xiàn)將兩種半導體結合,并使之一端處于高溫狀態(tài)(熱端)，而另一端開路并且處于低溫狀態(tài)(冷端)。半導體溫差發(fā)電要利用其冷端和熱端的溫差來產(chǎn)生電，因此如何獲得熱源以及如何降低冷端的溫度是至關重要的。熱端緊貼電腦下部最熱的地方(不同電腦CPU位置不同，所以溫差發(fā)電片位置可以調動)。冷端貼有鋁制散熱片以進行良好的散熱保證溫差發(fā)電片兩端的溫差達到發(fā)電要求，同時散熱風扇氣流首先吹過鋁制散熱片以更好地增加冷端和熱端的溫差。溫差發(fā)電的電壓隨溫度的變化而變化，所以溫差發(fā)電片所產(chǎn)生的電流經(jīng)過穩(wěn)壓模塊進入蓄電池并不直接供電給散熱風扇，以保證散熱風扇的正常運作和使用壽命。采用單個溫差發(fā)電的輸出電壓在4 V～7 V，采用3～5個溫差發(fā)電片并聯(lián)工作可以保證一定量的電流供給。

2.2太陽能發(fā)電部分

太陽能發(fā)電部分主要由太陽能電池板以及較長的電線構成(本模塊為可拆卸部分)。太陽能發(fā)電模塊主要是用于在電源缺少的情況下進行一定的電源補充以及綠色節(jié)能。電腦在室內(nèi)使用時將太陽能電池板放置于室外對蓄電池進行電能補充使用以達到綠色節(jié)能的效果，在野外使用電腦時可用于電腦散熱器的緊急補充電源，盡可能地保證電腦散熱器的散熱功能效果。同時在蓄電池的出口處設有USB電源接口，蓄電池和太陽能電池板共同組成手機等移動設備的應急電源。

2.3蓄電池部分

蓄電池部分由穩(wěn)壓模塊和蓄電池組成。由于太陽能電池板和溫差發(fā)電片所產(chǎn)生的電流的電壓不穩(wěn)定，穩(wěn)壓模塊電路將太陽能電池板和溫差發(fā)電片所產(chǎn)生的電壓不穩(wěn)定的電流進行整流穩(wěn)壓成為稍微高于5 V的電流給蓄電池進行充電。蓄電池電源包括有穩(wěn)壓模塊所供給的電流和用USB接口從室內(nèi)電源或是電腦上獲得的電流。在蓄電池的出口接有USB接口與太陽能電池板構成5 V應急電源。

2.4系統(tǒng)控制部分

系統(tǒng)控制由位置開關，手動開關，兩個開關構成，電腦放置到散熱器上時接通位置開關。散熱風扇運轉為電腦進行散熱處理。手動開關控制電池的充電防止電池長時間的充電造成電池損壞，電池的電量的多少由電池的指示燈進行提示同時當電位過低時有蜂鳴器進行電位過低的報警，提示使用者為散熱器的蓄電池進行電流補充。

3　散熱器結構特點

該散熱器具有以下特點：半導體溫差發(fā)電模塊和太陽能電池板產(chǎn)生電能提供能量，利用3～5片溫差發(fā)電模塊可以達到一定的節(jié)能效果，體現(xiàn)現(xiàn)代社會的可持續(xù)發(fā)展的節(jié)能理念。太陽能電池板在使用時可以達到比溫差發(fā)電片更好的節(jié)能效果，也是國家在大力支持的能源獲得方式之一，同時在野外等電源緊缺的情況下可作為手機等設備的應急電源。該裝置有充電開關防止太陽能電池板或是溫差發(fā)電片以及USB電源對電池的過充造成不必要的電池損害，電源指示燈能更好地提示蓄電池的電量的多少，蜂鳴器可以提示蓄電池的電位過低情況防止過度放電損壞電池也保證散熱器的正常運轉，電路的大部分元件采用貼片封裝，使裝置簡潔美觀。

4　結束語

目前開發(fā)的溫差發(fā)電片的效率普遍較低，其應用也受到相應的限制。通過將溫差發(fā)電與其他材料能源相結合，另辟一條路徑獲得更好的發(fā)電效果是溫差發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的一個很重要的方向。通過對熱電轉換材料的深入研究以及新材料的開發(fā)利用提高熱電性能，在熱源不變的情況下，提高轉換效率是溫差發(fā)電技術的核心。太陽能溫差發(fā)電與筆記本散熱器有機結合，不但節(jié)約了資源而且保護了環(huán)境。隨著各種新技術的涌現(xiàn)，它的未來充滿無限的可能。

[1]羅運俊，陶楨.太陽熱水器及系統(tǒng)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[2]薛德千.太陽能制冷技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

The Research on Notebook Radiator Based on Temperature Difference Solar Energy Complementary Power Generation Technology

Guo Jingbo, Li Qingcai, Xia Yuxiang

(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,DezhouUniversity,DezhouShandong253023,China)

This paper makes a research for notebook radiator based on the thermoelectric solar complementary power generation technology. Under the background that the current energy is depletion and the renewable energy utilization mechanism is not perfect, the article makes full use of the laptop heat itself and gives full play to the advantages that the solar thermoelectric power is clean and easy to obtain, then the organic integration of the two advantages is made through the reasonable design of the mechanism. This paper mainly introduces the working principle of this device’s and the structure of each part, and then makes a careful analysis on its feasibility.

intelligence; thermoelectric generation; power generation; solar power; computer radiator

2016-04-28

郭敬波(1995- )，男，山東日照人，大學本科，專業(yè)：能源與動力工程。

1674- 4578(2016)04- 0086- 02

TM913

A