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研究生:蔡榮哲
研究生(外文):Rung-Je Tsai
論文名稱:熱電半導體發電系統最佳化設計與控制
論文名稱(外文):Optmal Design and Control of ThermoElectric Generator System
指導教授:黃秉鈞黃秉鈞引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:熱電發電迴路熱管最大功率點追蹤最大功率點操作
外文關鍵詞:TEGLHPMPPTMPPO
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本研究旨在設計一熱電半導體發電系統,利用迴路熱管(LHP)被動式散熱技術,降低熱電半導體發電系統冷端溫度,以提升溫差達到增加發電量的目的。
本研究同探討熱電半導體發電系統的最大功率點追蹤控制器,以維持熱電半導體發電系統之最大功率輸出。最後進行熱電半導體發電系統近最大功率點操作(nMPPO)設計研究。由本研究測試結果可知,只要熱電半導體發電系統的熱端溫度在150℃~210℃內,其nMPPO轉換效率可高於MPPT轉換效率。
最後分析MPPT與nMPPO的適用性,在MPPT部分,當熱端溫度範圍大於 150℃~210℃時適用,且MPPT不受系統老化影響,可長時間使用;而nMPPO部分,適用於熱端溫度為150℃~210℃,且使用時間較短。

This thesis aims to design-ThermoElectric Generator System. The ThermoElectric Generator System generates power by temperature difference. The hot side uses a heater to simulate exhaust heat. The cooling side is particularly designed utilizing the passive heat sink tech, Loop Heat Pipe. As a result, the system achieves the goal of electricity generation.
The study discusses the Maximum Power Point Trick controller in order to maintain the maximum power exportation. Then, the final step is about to research the design of ThermoElectric Generator System with near Maximum Power Point Operation (nMPPO), According to testing result of the study, As long as the temperature of hot side of ThermoElectric Generator System(TEGS) stays within 150℃~210℃, the transformative efficiency of nMPPO will higher than the one of MPPT.
Finally, the study analyses the proper usage of the MPPT and the nMPPO. First, the usage of MPPT is suitable for using when the temperature range of hot side is higher than 150℃~210℃. In addition, the MPPT is not affected by systematic ageing effect. It can be used for a long time. Second, the usage of nMPPO is suitably used when the hot side is within 150℃~210℃. Moreover, the time which it is able to be used is much shorter.


誌謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 X
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 4
1.3 研究內容 5
第二章 熱電半導體發電系統設計與製作 7
2.1 熱電半導體發電晶片 7
2.2 迴路熱管(LHP) 10
2.3 熱電半導體發電系統之機構設計與製作 16
2.3.1 加熱模組設計 16
2.3.2 散熱模組設計 18
2.3.3 熱電半導體發電系統整合與製作 18
第三章 熱電半導體發電系統性能測試分析 23
3.1 實驗設計 23
3.2 熱電半導體發電系統特性曲線控制設計 25
3.2.1 測試TEG性能電路設計 25
3.2.2 系統邏輯控制流程 32
3.3 熱電半導體發電系統性能與特性曲線測試結果 36
第四章 熱電半導體發電系統最大功率點追蹤設計 44
4.1 熱電半導體發電系統之MPPT系統架構 44
4.2 昇降壓型直流轉換器設計 46
4.3 MPPT系統設計與製作 51
4.3.1 追蹤控制法則 51
4.3.2 測試方法與電路設計 52
4.3.3 MPPT系統邏輯控制流程 55
4.4 熱電半導體發電系統之MPPT測試結果與分析 57
4.4.1 測試結果 58
4.4.2 測試結果分析比較與改良 65
第五章 熱電半導體發電系統近最大功率點操作設計 68
5.1 熱電半導體發電系統之nMPPO設計 68
5.2近最大功率點系統設計分析 70
5.2.1 最大功率點分析 70
5.2.2 系統匹配最佳蓄電池 73
5.3 熱電半導體發電系統之nMPPO測試結果與分析 75
5.3.1 nMPPO測試設備與方法 75
5.3.2 測試結果 76
5.3.3 測試結果分析比較 80
第六章 結論與未來展望 82
6.1 結論 82
6.2 未來展望 84
參考文獻 85



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