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研究人员为缓解能源需求问题，开展 TEGs 相关研究，构建混合系统，成果有应用潜力和环保意义。
在当今时代，科技飞速发展，人们的生活越来越离不开各种电器设备，对能源的需求也日益增长。然而，传统的能源供应主要依赖化石燃料，这带来了一系列严重问题。一方面，随着能源需求的不断攀升，化石燃料储量逐渐减少，终有一天会面临枯竭，导致全球能源短缺；另一方面，过度使用化石燃料对环境造成了极大的破坏，像全球变暖、臭氧层空洞等环境问题日益严峻。因此，寻找可持续的替代能源以及提高能源利用效率成为了科学界的重要研究方向。
在此背景下，来自孟加拉国库尔纳工程技术大学（Khulna University of Engineering & Technology）的 Md. Tanjir Rahman Mitul、Nibir Mondol 等研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Heliyon》杂志上。他们致力于开发一种新型高效且可持续的能源系统，利用热电发电机（Thermoelectric Generators，TEGs）将废热转化为电能，以此提升太阳能模块的效率，缓解能源需求压力。
研究人员在本次研究中运用了多种关键技术方法。首先，基于 TEGs 依靠温度差产生电能的原理，他们采用不同的冷却技术，如利用泵和重力作用，分别使用普通水和冰冷水对太阳能光伏板、烹饪锅和摩托车排气管进行冷却，以制造温度差。其次，通过搭建 2D 和 3D 模型，直观展示 TEGs 在不同设备上的工作情况。此外，利用 Arduino 收集数据，并使用最大功率点跟踪（MPPT）电荷控制器确保系统获得最大输出，从而实现对整个系统的有效监测和控制。
下面来看具体的研究结果：
- 温度对太阳能面板的影响：温度对太阳能面板的性能影响显著。当温度高于 25℃时，太阳能模块的输出电压会大幅下降。研究人员通过对比连接和未连接 TEGs 的太阳能面板发现，TEGs 能吸收部分热量，降低面板温度，进而提高输出电压。同时，光照强度与太阳能面板的输出电流呈正相关，连接 TEGs 的太阳能面板由于热损失，短路电流（Isc）略高，这是因为较低的温度增强了电荷载流子的迁移率，减少了复合损失。此外，研究还表明，带有 TEGs 的太阳能面板效率有所提高，不过由于 TEGs 数量有限（仅 6 个），以及冷却方法、环境条件和材料等因素的影响，效率提升幅度较小。
- 实验结果：在不同的实验设置下，研究人员获得了一系列数据。在使用重力作用下的冰冷水冷却太阳能面板时，当温度梯度达到 34.1℃，最大输出电压为 2.62V，电流为 0.13A；对于烹饪锅，使用泵输送冰冷水冷却时，温度梯度达到 81℃，最大输出电压为 4.03V，电流为 0.61A；在摩托车排气管使用普通水冷却时，温度梯度为 12℃，最大输出电压为 1.38V，电流为 0.05A 。这些数据表明，不同设备在不同冷却条件下，TEGs 的输出存在差异。
- 讨论：研究发现，烹饪锅的热端和冷端之间的温度差最大，其次是太阳能面板和排气管。实验过程中，烹饪锅的温度会随时间下降，导致温度差和 TEGs 输出降低；太阳能面板的表面温度会因太阳能能量的变化而波动，进而影响输出功率；摩托车排气管在启动时能产生温度差，使 TEGs 有少量输出。与其他研究相比，本研究采用了不同的冷却技术和实验配置，这导致了研究结果的差异 。
综合上述研究，研究人员开发了一种混合光伏 - 热电发电机（PV - TEG）系统，并将 TEGs 分别连接到烹饪锅和摩托车排气管上，且均采用串联配置。通过对比太阳能面板连接和未连接 TEGs 的特性，确定了不同 TEG - 设备配置的最高输出条件。在太阳能光伏面板、烹饪锅和摩托车排气管的温度差分别为 34.1℃、81.0℃和 12.0℃时，测量到了较高的电压和电流值。同时，研究展示了两种冷却剂（普通水和冰冷水）和两种冷却技术（泵送和重力作用）在发电方面的效果。该研究为未来满足电力需求提供了有效、经济且环保的发电方法，不过系统也存在启动泵 - 电机需要消耗能量的缺点。后续研究可以通过模拟设计更精确的结构和系统，利用 TEGs 回收设备废热，并采用更先进的冷却技术和冷却剂来提高 TEG 系统的输出。这项研究在可持续能源领域具有重要意义，为缓解能源危机和减少环境污染提供了新的思路和方法。
