中心議題：

• 熱電發生器的組成
• 熱電發生器的電能產生原理

解決方案：

• 薄膜熱電發生器
• TEG與存儲器件的組合

熱量采集是將一部分能量從某個現有的但尚未使用的能量源上分離、獲取以及存儲的過程。熱電發生器（TEG）中的溫差可產生電勢，從而將熱源中的廢熱轉換為另一種能量形式——電能。

能neng量liang采cai集ji為wei無wu線xian傳chuan感gan器qi等deng設she備bei提ti供gong了le直zhi接jie供gong電dian的de可ke能neng。但dan是shi，如ru果guo熱re能neng要yao被bei視shi為wei一yi種zhong穩wen定ding的de電dian源yuan，就jiu必bi須xu考kao慮lv熱re源yuan的de穩wen定ding性xing。將jiang薄bo膜mo熱re電dian發fa生sheng器qi與yu能neng量liang存cun儲chu器qi件jian相xiang結jie合he，就jiu為wei管guan理li能neng量liang源yuan的de變bian化hua性xing提ti供gong了le一yi種zhong理li想xiang的de解jie決jue方fang案an。

熱電發生器

熱電器件的核心組件是一組熱電偶，它包括一個N型與一個P型半導體，兩者由金屬板相連。在P與N型材料對端的導電連接構成了一個完整電路。


圖1熱電熱發生器的熱-電轉換

當熱電偶存在熱梯度時（即頂部比底部熱），熱電發生器(TEG)工作。在該情況下，器件產生電壓並形成電流

，根據賽貝克效應
，熱能轉化為電能。

將這些熱電偶組串聯，則形成熱電模塊。若熱量在該模塊頂部與底部之間流動（形成溫度梯度），則可產生電壓並形成電流。

薄膜熱電發生器

由薄膜技術製造的TEG能提高能量轉換的性能，從而提高它們作為能量源的能力。薄膜熱電發生器比傳統TEG小而且薄，有望利用工業標準生產方法進行直接集成。

薄膜是厚度範圍從不足1納米到幾微米的材料層。薄膜熱電材料可通過多種方式生成，但通常需要真空沉澱技術

，例如通過金屬有機物化學氣相沉積法（MOCVD）反應器。器件采用常規半導體製備工藝製造。

電能產生

熱電發生器以效率η將熱能（Q）轉化為電能（P）。

P=ηQ(1)

設備體積越大
，利用的熱量Ｑ也越大，對應產生更多的電能P。類lei似si地di，所suo用yong的de能neng量liang轉zhuan換huan器qi的de數shu量liang增zeng加jia一yi倍bei，由you於yu所suo獲huo得de的de熱re能neng增zeng加jia一yi倍bei，所suo以yi產chan生sheng的de電dian能neng自zi然ran也ye增zeng加jia一yi倍bei。不bu考kao慮lv熱re流liu量liang與yu係xi統tong構gou型xing的de特te殊shu約yue束shu，使shi用yong每mei單dan位wei麵mian積ji生sheng成cheng的de熱re能neng（P/A）與熱流量密度（Q/A）相比使用電能與消耗熱量的絕對量更為便利（如式2所示）。這對於熱電發生器特別方便，因為該器件具有良好的可擴展性：大規模器件可通過小模塊陣列輕鬆組成。

P/A=ηQ/A(2)

TEG與存儲器件的組合

根據熱源的穩定性情況
，熱電發生器在作為電源的實際應用中，可以選擇以下兩種方式之中的一種：若熱源足夠大且穩定
，則直接使用；通過為電池或其他能量存儲器件充電的方式使用。

對帶有TEG的電池充電最簡便的方式是為電池提供恒定電壓或恒定電流。當然，如果電壓或電流非常大，可能會出現損壞電池的情況。

如果在TEG選xuan型xing時shi將jiang其qi充chong電dian電dian流liu或huo充chong電dian電dian壓ya與yu電dian池chi的de放fang電dian率lv相xiang匹pi配pei，則ze電dian池chi可ke以yi一yi直zhi保bao持chi在zai充chong電dian狀zhuang態tai，而er且qie不bu會hui受shou到dao損sun害hai。這zhe種zhong充chong電dian方fang式shi被bei稱cheng為wei對dui電dian池chi的de微wei流liu充chong電dian。這zhe將jiang使shi電dian池chi保bao持chi高gao容rong量liang。它ta是shi最zui慢man的de電dian池chi充chong電dian方fang法fa
，同tong時shi也ye是shi最zui便bian宜yi與yu安an全quan的de方fang法fa。大da部bu分fen可ke充chong電dian電dian池chi
，特te別bie是shi鎳nie鎘ge電dian池chi或huo鎳nie氫qing電dian池chi，具ju有you一yi定ding的de自zi放fang電dian速su率lv，這zhe意yi味wei著zhe即ji使shi在zai沒mei有you用yong於yu為wei設she備bei供gong電dian的de情qing況kuang下xia，它ta們men也ye會hui逐zhu漸jian放fang掉diao電dian量liang。

此外，還有很多其他方法，例如，定時器型
、智能型、感應型和脈衝型。由於不需要額外增添任何穩壓電路來監控電池並調整充電速率，在使用TEG和電池的集成器件時
，微流充電是最有可能被采用的方式。

redianfashengqizuoweinengliangzhuanhuandeyigetujing

，yijingyinqilerenmendexingqu。zhexieqijianshifeijixiede，zheyiweizhetamenjiangfeichangkekao，danshiyongzhexieqijianhaicunzaiyixiexianzhi。

TEG用於能量轉換必須存在熱流量。該熱流量必須通過TEG流入與流出。這表示必須具有某種類型的排熱或散熱路徑。

關於TEG的一個常見誤解是，隻要將它們放入熱的環境中就會自動產生熱流量。開始時會出現電流，但很快整個TEG將達到熱平衡（各處溫度相同）
，通過TEG的熱流量將終止，電流也會隨之停止。

另外一個興趣點是，器件外的熱流量會影響附近區域係統的熱力學特性。這是因為TEG具有較高的熱阻。如此高的熱阻會導致在TEG方向上的熱流減慢

，進而導致用於熱源的器件溫度上升。這是由從器件到周圍環境增大的熱阻造成的。為此，用於發電的TEG最好使用在器件具有一些溫度餘量的情況，即器件目前的工作溫度尚未接近溫度上限。

由(you)於(yu)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)為(wei)排(pai)出(chu)的(de)熱(re)量(liang)提(ti)供(gong)良(liang)好(hao)的(de)熱(re)通(tong)道(dao)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)提(ti)高(gao)模(mo)塊(kuai)性(xing)能(neng)，因(yin)此(ci)，提(ti)供(gong)高(gao)導(dao)熱(re)通(tong)路(lu)是(shi)有(you)好(hao)處(chu)的(de)。對(dui)於(yu)小(xiao)封(feng)裝(zhuang)而(er)言(yan)，典(dian)型(xing)方(fang)法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)它(ta)們(men)自(zi)身(shen)的(de)電(dian)氣(qi)連(lian)接(jie)實(shi)現(xian)
，而(er)且(qie)根(gen)據(ju)其(qi)運(yun)行(xing)特(te)性(xing)，這(zhe)種(zhong)程(cheng)度(du)的(de)熱(re)管(guan)理(li)可(ke)能(neng)已(yi)經(jing)夠(gou)用(yong)了(le)。對(dui)於(yu)更(geng)高(gao)熱(re)密(mi)度(du)的(de)封(feng)裝(zhuang)，熱(re)管(guan)理(li)中(zhong)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)導(dao)熱(re)饋(kui)通(tong)或(huo)導(dao)熱(re)端(duan)。

將jiang熱re電dian發fa生sheng器qi與yu電dian池chi和he能neng量liang單dan元yuan結jie合he在zai一yi起qi時shi，可ke為wei許xu多duo自zi助zhu式shi自zi供gong電dian應ying用yong提ti供gong一yi種zhong理li想xiang的de能neng量liang解jie決jue方fang案an。這zhe種zhong解jie決jue方fang案an可ke通tong過guo消xiao除chu電dian池chi更geng換huan的de高gao額e成cheng本ben來lai降jiang低di設she備bei所suo有you者zhe的de總zong成cheng本ben。該gai途tu徑jing基ji於yu能neng量liang獲huo取qu技ji術shu實shi現xian了le“即時”電源解決方案，顯著地降低了供電所需的空間
，並改進了免維護運行的嵌入式設備的性能。