基于温差太阳能互补发电技术的笔记本散热器的研究

郭敬波，李庆才，夏宇祥

(德州学院 机电工程学院，山东 德州 253023)



基于温差太阳能互补发电技术的笔记本散热器的研究

郭敬波，李庆才，夏宇祥

(德州学院 机电工程学院，山东 德州 253023)

本文是针对基于温差太阳能互补发电技术的笔记本散热器的研究。在当前能源枯竭，可再生能源利用机制不完善的背景下，充分利用笔记本电脑本身的热量与充分发挥了太阳能温差发电清洁和容易获得的优点，通过合理的机构设计使两者有机整合。本文主要介绍本装置的工作原理及各部分结构，并对其可行性做了认真分析。

智能；温差发电；太阳能发电；散热器

1　研究背景

能源是人类社会赖以生存和发展的基础。随着经济的发展和人们生活水平的提高，世界各国对能源的需求与日俱增，而煤炭、石油和天然气三大化石能源却日渐枯竭。能源结构的不合理和能源利用技术水平低成为了严重制约我国经济发展和环境改善的重要因素。开发和利用可再生能源，改变现有的能源结构，积极寻找节能新技术就成了当下急需解决的一个问题。在这样的需求压力之下，太阳能温差发电因为其绿色环保，可再生无公害，且设备及系统结构简单小型，使用寿命长、适应性强、具广阔的发展研究潜力前景等优点备受关注。以及考虑到笔记本电脑自身散热差，热量浪费这一现实，我们意在在现有的笔记本电脑散热器上通过添加太阳能温差发电装置来实现将太阳能和温度差转化为电能进而被散热器所使用，基于温差太阳能互补发电技术的笔记本散热器进入了人们的视线。

2　散热器原理及结构分析

散热器总体装置包括四个部分：温差发电部分，太阳能发电部分，蓄电池部分，系统控制部分。温差发电部分主要由半导体发电芯片组成；太阳能发电部分主要由太阳能电池板构成；系统控制含有位置控开关，手动开关，电源指示灯芯片，蜂鸣器；蓄电池部分由稳压模块和蓄电池组成。蓄电池供给由三部分组成分别是：温差发电模块供给，太阳能电池板供给以及室内民用电供给。其中太阳能电池板和温差发电模块的输出电压不稳定，所以在蓄电池充电端的太阳能电路和温差发电电路的接入部分共用一个稳压模块。散热器风扇电源由蓄电池供给。

2.1温差发电部分

温差发电主要是利用半导体温差模块将热能转换成电能。人们发现将两种半导体结合,并使之一端处于高温状态(热端)，而另一端开路并且处于低温状态(冷端)。半导体温差发电要利用其冷端和热端的温差来产生电，因此如何获得热源以及如何降低冷端的温度是至关重要的。热端紧贴电脑下部最热的地方(不同电脑CPU位置不同，所以温差发电片位置可以调动)。冷端贴有铝制散热片以进行良好的散热保证温差发电片两端的温差达到发电要求，同时散热风扇气流首先吹过铝制散热片以更好地增加冷端和热端的温差。温差发电的电压随温度的变化而变化，所以温差发电片所产生的电流经过稳压模块进入蓄电池并不直接供电给散热风扇，以保证散热风扇的正常运作和使用寿命。采用单个温差发电的输出电压在4 V～7 V，采用3～5个温差发电片并联工作可以保证一定量的电流供给。

2.2太阳能发电部分

太阳能发电部分主要由太阳能电池板以及较长的电线构成(本模块为可拆卸部分)。太阳能发电模块主要是用于在电源缺少的情况下进行一定的电源补充以及绿色节能。电脑在室内使用时将太阳能电池板放置于室外对蓄电池进行电能补充使用以达到绿色节能的效果，在野外使用电脑时可用于电脑散热器的紧急补充电源，尽可能地保证电脑散热器的散热功能效果。同时在蓄电池的出口处设有USB电源接口，蓄电池和太阳能电池板共同组成手机等移动设备的应急电源。

2.3蓄电池部分

蓄电池部分由稳压模块和蓄电池组成。由于太阳能电池板和温差发电片所产生的电流的电压不稳定，稳压模块电路将太阳能电池板和温差发电片所产生的电压不稳定的电流进行整流稳压成为稍微高于5 V的电流给蓄电池进行充电。蓄电池电源包括有稳压模块所供给的电流和用USB接口从室内电源或是电脑上获得的电流。在蓄电池的出口接有USB接口与太阳能电池板构成5 V应急电源。

2.4系统控制部分

系统控制由位置开关，手动开关，两个开关构成，电脑放置到散热器上时接通位置开关。散热风扇运转为电脑进行散热处理。手动开关控制电池的充电防止电池长时间的充电造成电池损坏，电池的电量的多少由电池的指示灯进行提示同时当电位过低时有蜂鸣器进行电位过低的报警，提示使用者为散热器的蓄电池进行电流补充。

3　散热器结构特点

该散热器具有以下特点：半导体温差发电模块和太阳能电池板产生电能提供能量，利用3～5片温差发电模块可以达到一定的节能效果，体现现代社会的可持续发展的节能理念。太阳能电池板在使用时可以达到比温差发电片更好的节能效果，也是国家在大力支持的能源获得方式之一，同时在野外等电源紧缺的情况下可作为手机等设备的应急电源。该装置有充电开关防止太阳能电池板或是温差发电片以及USB电源对电池的过充造成不必要的电池损害，电源指示灯能更好地提示蓄电池的电量的多少，蜂鸣器可以提示蓄电池的电位过低情况防止过度放电损坏电池也保证散热器的正常运转，电路的大部分元件采用贴片封装，使装置简洁美观。

4　结束语

目前开发的温差发电片的效率普遍较低，其应用也受到相应的限制。通过将温差发电与其他材料能源相结合，另辟一条路径获得更好的发电效果是温差发电系统发展的一个很重要的方向。通过对热电转换材料的深入研究以及新材料的开发利用提高热电性能，在热源不变的情况下，提高转换效率是温差发电技术的核心。太阳能温差发电与笔记本散热器有机结合，不但节约了资源而且保护了环境。随着各种新技术的涌现，它的未来充满无限的可能。

[1]罗运俊，陶桢.太阳热水器及系统[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]薛德千.太阳能制冷技术[M].北京：化学工业出版社，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，山东日照人，大学本科，专业：能源与动力工程。

1674- 4578(2016)04- 0086- 02

TM913

A