CN103973171B - 一种温差发电系统电动势计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温差发电系统电动势计算方法，采用更为精确的数学模型，通过数值求解的方法计算温差发电系统的电动势,该方法计算过程简单，并可适用于不同的实际温差发电系统，针对不同的实际系统，只需对模型中的对应部分进行改变，选用不同的数学模型和热源等效形式，使计算结果更加准确，符合实际生产应用需求。

Description

一种温差发电系统电动势计算方法

技术领域

本发明涉及半导体温差发电技术领域。尤其涉及一种温差发电系统电动势计算方法。

背景技术

1821年德国科学家Seebeck发现，在两种不同的金属构成的闭合回路中，当两个接头存在温差时，回路将产生电流，这个现象被称为塞贝克效应。温差发电就是利用塞贝克效应，通过在热电材料两端维持一定的温差，从而产生一定的电压和电功率输出。通过研究发现，半导体材料的热电优值较大，目前人们在温差系统中应用的热电材料都是半导体材料，所以又称为半导体温差发电。

长久以来，由于受到转换效率和成本的制约，温差发电技术除了在航天和军事等尖端技术领域应用外，很少用于工业和民用产业。但是，随着人们对能源危机的认识，温差发电技术可以利用自然界中存在的大量的温差以及工业余热，具有良好的综合社会经济效益。同时，随着人们对空间探索兴趣，医用物理学的进展，和大规模无线传感器的应用，需要开发一类能够自身供给能量并无需照看的电源系统，显然，温差发电对这些应用极为合适。温差发电作为一种全固态能量转换方式，具有无介质泄露，无噪声，性能可靠，维护少等优点的绿色环保能源，在微型能源、低品位能源、废能源利用方面的应用价值越来越明显。因而，尽快实现温差发电技术及其应用的产业化具有重要的现实意义。在温差发电系统作为电源系统设计和应用过程中，一个很重要的问题就是：如何确定实际温差发电系统提供的电动势U_S＝mα(T₁-T₂)的数值。其中，m为温差发电系统中串联的半导体片数，α＝α_P-α_N，α_P，α_N分别为P型和N型半导体元件的赛贝克系数，由温差发电材料自身的特性决定，T₁和T₂分别是温差发电器件热端和冷端温度。可见，如何得到温差发电器件热冷端实际温度差ΔT＝T₁-T₂，是确定温差发电系统提供的电动势的关键问题。

图1为温差发电系统工作的基本原理示意图，实际温差发电系统为得到较高的电动势，可由多片P、N两种类型的半导体元件串联组成，P、N两种类型的半导体经电导率较高的导流片及负载电路串联而成。根据热力学定律，温差发电系统的热电材料的特点，和电路定律，可导出由m片半导体元件串联构成的温差发电系统数学模型。目前，主要采用的数学模型是由式(1-1)～(1-6)组成的方程组1所示：

Q_H＝K_H(T_H-T₁)(1-1)

Q_L＝K_L(T₂-T_L)(1-2)

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-4)

U_S＝mα(T₁-T₂)(1-5)

I＝U_S/(R_i+R_L)(1-6)

其中，Q_H和Q_L分别为每单位时间发电器从高温热源吸取和放给低温热源的能量，T_H和T_L分别为高、低温热源的温度，K_H和K_L分别为热源与热端和冷源与冷端的总等效传热热导；当半导体通过电流时，会产生焦耳热流流量Q_J＝I²R_i，这里近似认为K_H＝K_L，则焦耳热流向两端各传导一半。其中，R_i为m片串联半导体元件的总等效电阻，R_i＝m(l_Pρ_P/A_P+l_Nρ_N/A_N)，ρ_P，l_P，A_P和ρ_N，l_N，A_N分别是P型和N型半导体元件的电阻率，长度和面积；另外由于发电器工作时，半导体元件两端存在一定的温差，故有一传导热流经元件内部由高温端传递到低温端，根据牛顿传热定律有导热流流量Q_K＝K_i(T₁-T₂)，其中K_i为m片串联半导体元件的热导，K_i＝m(k_PA_P/l_P+k_NA_N/l_N)，k_P和k_N分别是P型和N型半导体元件的热导率；U_S为发电系统产生的电动势，I为发电系统回路中的电流，R_L为负载电阻。

目前，温差发电系统的热冷端实际温度差ΔT的确定，主要有以下几种方法：(1)认为发电器中半导体与热源和冷源的热传导系数K_H,K_L→∞，在此条件下，半导体元件与冷源、热源之间无热阻，不存在传热损失，故有T_H＝T₁，T_L＝T₂，ΔT＝T_H-T_L。(2)考虑半导体与热源和冷源热阻的影响，当温差发电系统开路时，根据热力学知识，有ΔT＝(T_H-T_L)*(1/K_i)/(1/K_i+1/K_H+1/K_L)。上述方法中，主要存在以下几个问题有待解决，(1)所求温差ΔT是热源和冷源温度的函数，即在对温差发电系统分析时，认为系统热源和冷源的温度保持恒定。但是，实际温差发电系统中，由于所利用的热源提供能量的特点不尽相同，热源温度保持恒定这个假设在有些情况下是不成立的。因此，需对不同的热源形式，根据热力学的知识，确定合理的热端等效模型。(2)和其他的发电系统不同，由于温差发电系统中存在热电耦合现象，温差发电系统加入负载的电动势与开路时电动势是不相等的。因此求取ΔT时还需要考虑电路负载大小对其的影响。(3)温差发电系统的实际工作中能够提供的电量的多少，是和实际工况有很大关系的。因此在建立温差发电系统的热电方程时，数学模型中的假设需要进行改变。因此，针对不同的实际系统，需找到一种普遍适用的计算温差ΔT方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种温差发电系统电动势计算方法，可针对不同的实际系统，适用于不同的实际温差发电系统，计算过程简单，结果更加精确。

本发明采用下述技术方案：

一种温差发电系统电动势计算方法，具体包括如下几个步骤：

步骤一，根据热力学定律，温差发电系统的热电材料的特点和电路定律，导出由m片半导体元件串联构成的温差发电系统数学模型，数学模型是由式(1-1)～(1-6)组成的方程组所示：

Q_H＝K_H(T_H-T₁)(1-1)

Q_L＝K_L(T₂-T_L)(1-2)

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-4)

U_S＝mα(T₁-T₂)(1-5)

I＝U_S/(R_i+R_L)(1-6)

其中，Q_H和Q_L分别为每单位时间发电器从高温热源吸取和放给低温热源的能量，T_H和T_L分别为高、低温热源的温度，K_H和K_L分别为热源与热端和冷源与冷端的总等效传热热导；当半导体通过电流时，会产生焦耳热流流量Q_J＝I²R_i，这里近似认为K_H＝K_L，则焦耳热流向两端各传导一半。其中，R_i为m片串联半导体元件的总等效电阻，R_i＝m(l_Pρ_P/A_P+l_Nρ_N/A_N)，ρ_P，l_P，A_P和ρ_N，l_N，A_N分别是P型和N型半导体元件的电阻率，长度和面积；其中K_i为m片串联半导体元件的热导，K_i＝m(k_PA_P/l_P+k_NA_N/l_N)，k_P和k_N分别是P型和N型半导体元件的热导率；U_S为发电系统产生的电动势，I为发电系统回路中的电流，R_L为负载电阻；

步骤二，根据实际温差发电系统工作环境，首先对方程组的式(1-1)和(1-2)中，热源与热端和冷源与冷端的总等效传热热导K_H和K_L进行等效；其次对热端和冷端的热电平衡方程式(1-3)和(1-4)的修正；

步骤三，根据热源提供能量的不同，确定符合实际情况的热源等效形式是等效为热端温度T_H恒定还是热端热流量Q_H恒定的形式；

步骤四，选取温差发电系统的迭代变量，根据热源等效形式，确定数值计算的初始值，并对温差发电系统数学模型进行离散化处理，得出相应的迭代次序；

步骤五，确定温差发电系统的迭代收敛条件；

步骤六，通过数值求解的方法得到温差发电系统热冷端的温差ΔT，进一步得到温差发电系统提供的电动势。

步骤二中所述的根据实际温差发电系统工作环境，对热端和冷端的热电平衡方程式(1-3)和(1-4)的修正，如果实际系统不能近似认为当K_H＝K_L成立时，方程组的式(1-3)和(1-4)中，向热、冷端传导的焦耳热流量需替换为Q_Jh＝bI²R_i和Q_Jl＝(1-b)I²R_i，其中b＝K_H(K_L+2*K_i)/(2*K_H*K_L+K_H*K_i+K_i*K_L)，

Q_H＝m*αIT₁-bI²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+(1-b)I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-4)。

步骤二中所述的根据实际温差发电系统工作环境，对热端和冷端的热电平衡方程式(1-3)和(1-4)的修正，如果实际系统需加入系统的接触电阻影响时，方程组中的式(1-3)和(1-4)需加入热、冷端的接触电阻R_hc和R_lc，在热冷端引起的焦耳热流量需替换为Q_Jhc＝I²R_hc和Q_Jlc＝I²R_lc，可替换为

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)-I²R_hc(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)+I²R_lc(1-4)

步骤二中所述的根据实际温差发电系统工作环境，对热端和冷端的热电平衡方程式(1-3)和(1-4)的修正，如果实际系统需考虑温差发电系统的冷热端之间对流换热时，方程组1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷热端的对流换热流量Q_d＝K_d*A_Gap/L*(T₁-T₂)，其中K_d，A_Gap和L为分别为冷热端面的对流系数和温差发电模块热冷端间隙处面积和长度，式(1-3)和(1-4)可替换为

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)-K_d*A_Gap/L*(T₁-T₂)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)+K_d*A_Gap/L*(T₁-T₂)(1-4)

步骤二中所述的根据实际温差发电系统工作环境，对热端和冷端的热电平衡方程式(1-3)和(1-4)的修正，如果实际系统需考虑温差发电系统的冷热端之间辐射换热时，方程组1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷热端的辐射换热流量Q_f＝(εσA_Gap/(2-ε))*(T₁ ⁴-T₂ ⁴)，其中ε和σ分别为温差发电半导体的光谱发射率和玻耳兹曼常数(黑体辐射常数)，式(1-3)和(1-4)可替换为

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)-(εσA_Gap/(2-ε)*(T₁ ⁴-T₂ ⁴)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)+(εσA_Gap/(2-ε)*(T₁ ⁴-T₂ ⁴)(1-4)

步骤三中所述符合实际的热源等效形式是针对热源提供能量的特点，确定热源是等效为热端温度T_H恒定还是热端热流量Q_H恒定的形式，如果热源是等效为热端温度T_H恒定，则需获取系统的热端温度T_H和冷端温度T_L，来作为方程组的已知量；如果热源等效为热端热流量Q_H恒定，则需获取系统的热端热流量Q_H和冷端温度T_L，作为方程组的已知量。

所述的步骤四具体如下：选取温差发电系统的迭代变量为冷热端温度，以开路时刻温差发电系统冷热端的温度值作为初始值，系统回路闭合后，考虑系统的热电耦合影响，对温差发电系统数学模型进行离散化处理，得出相应的迭代次序。

步骤五中所述的收敛条件根据冷热端温差相邻两次迭代值之差小于允许的相对偏差确定:若选择系统的误差精度δ，可确定系统的收敛条件为|T_1(i+1)-T_1(i)|≤δ&|T_2(i+1)-T_2(i)|≤δ。

所述的步骤六中，根据收敛条件对迭代得到的冷热端温差的计算结果进行判断,最终确定热冷端温差的数值解，进一步得到温差发电系统的电动势。

本发明提供的温差发电系统电动势计算方法，采用更为精确的数学模型，通过数值求解的方法计算温差发电系统的电动势。该方法计算过程简单，并可适用于不同的实际温差发电系统，针对不同的实际系统，只需对模型中的对应部分进行改变，选用不同的数学模型和热源等效形式，使计算结果更加准确，符合实际生产应用需求。

附图说明

图1为温差发电器件工作的基本原理示意图，它是由多片P、N两种类型的温差电半导体元件经电导率较高的导流片及负载电路串联而成。T_H，T_L分别为高、低温热源的温度；T₁，T₂分别为温差发电器件高温端和低温端的温度；Q_H，Q_L分别为每单位时间发电器从高温热源吸取和放给低温热源的能量，I为发电器回路中的电流，R_L为负载电阻。

图2为本发明所述温差发电系统电动势计算方法流程图。

本发明提供了一种温差发电系统电动势的计算方法。本发明中利用数值求解的方法计算温差发电系统的电动势，并针对不同的实际温差发电系统，应用不同的数学模型和热源等效形式。

具体实施方式

如图2所示，本发明的温差发电系统电动势计算方法包括以下步骤：

步骤01：根据热力学定律，温差发电系统的热电材料的特点和电路定律，导出由m片半导体元件串联构成的温差发电系统数学模型，数学模型是由式(1-1)～(1-6)组成的方程组所示：

Q_H＝K_H(T_H-T₁)(1-1)

Q_L＝K_L(T₂-T_L)(1-2)

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-4)

U_S＝mα(T₁-T₂)(1-5)

I＝U_S/(R_i+R_L)(1-6)

其中，Q_H和Q_L分别为每单位时间发电器从高温热源吸取和放给低温热源的能量，T_H和T_L分别为高、低温热源的温度，K_H和K_L分别为热源与热端和冷源与冷端的总等效传热热导；当半导体通过电流时，会产生焦耳热流流量Q_J＝I²R_i，这里近似认为K_H＝K_L，则焦耳热流向两端各传导一半。其中，R_i为m片串联半导体元件的总等效电阻，R_i＝m(l_Pρ_P/A_P+l_Nρ_N/A_N)，ρ_P，l_P，A_P和ρ_N，l_N，A_N分别是P型和N型半导体元件的电阻率，长度和面积；其中K_i为m片串联半导体元件的热导，K_i＝m(k_PA_P/l_P+k_NA_N/l_N)，k_P和k_N分别是P型和N型半导体元件的热导率；U_S为发电系统产生的电动势，I为发电系统回路中的电流，R_L为负载电阻；

步骤02：针对实际温差发电系统工作环境，建立符合实际的温差发电系统的控制方程，在该步骤(02)中，包括(1)根据实际系统情况，根据热力学知识，求取热源与热端和冷源与冷端的总等效传热热导K_H和K_L；(2)根据实际情况，对方程组1的数学模型中的热端和冷端热平衡方程式(1-3)和(1-4)的修正；包括但不仅仅包括以下几种情况：

(i)如果实际系统需加入系统的接触电阻影响时，方程组1中的式(1-3)和(1-4)需加入热冷端接触电阻R_hc和R_lc在热冷端引起的焦耳热Q_Jhc＝I²R_hc和Q_Jlc＝I²R_lc，可替换为

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)-I²R_hc(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)+I²R_lc(1-4)

(ii)如果实际系统不能近似认为当K_H＝K_L成立时，方程组1的式(1-3)和(1-4)中，向热、冷端传导的焦耳热流需替换为Q_Jh＝bI²R_i和Q_Jl＝(1-b)I²R_i，其中b＝K_H(K_L+2*K_i)/(2*K_H*K_L+K_H*K_i+K_i*K_L)，

Q_H＝m*αIT₁-bI²R_i+K_i(T₁-T₂)-I²R_hc(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+(1-b)I²R_i+K_i(T₁-T₂)+I²R_lc(1-4)

(iii)如果实际系统需考虑温差发电系统的冷热端之间对流换热时，方程组1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷热端的对流换热流Q_d＝K_d*A_Gap/L*(T₁-T₂)，其中K_d，A_Gap和L为分别为冷热端面的对流系数和温差发电模块热冷端间隙处面积和长度，式(1-3)和(1-4)可替换为

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)-K_d*A_Gap/L*(T₁-T₂)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)+K_d*A_Gap/L*(T₁-T₂)(1-4)

(iv)如果实际系统需考虑温差发电系统的冷热端之间辐射换热时，方程组1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷热端的辐射换热流Q_f＝(εσA_Gap/(2-ε))*(T₁ ⁴-T₂ ⁴)，其中ε和σ分别为温差发电半导体的光谱发射率和玻耳兹曼常数(黑体辐射常数)，式(1-3)和(1-4)可替换为

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)-(εσA_Gap/(2-ε)*(T₁ ⁴-T₂ ⁴)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)+(εσA_Gap/(2-ε)*(T₁ ⁴-T₂ ⁴)

步骤03：确定实际温差发电系统热端热源等效形式；在该步骤03中，实际温差发电系统的热端热源等效形式，根据热端热源提供能量的特点，确定是等效为热端温度T_H恒定还是热端热流量Q_H恒定的形式。

步骤04：选取温差发电系统的迭代变量，根据热源等效形式，确定数值计算的初始值，并给出相应的迭代次序；在该步骤04中，选取温差发电系统的迭代变量为冷热端温度，以开路时刻温差发电系统冷热端的温度值作为初始值，设初始时刻系统开路，则有电路中电流I为0，则令方程组中的方程(1-1)～(1-4)中I＝0，得到初始热冷端温度T₁₍₁₎和T₂₍₁₎；系统回路闭合后，考虑系统的热电耦合影响，确定离散后的迭代方程：首先根据T_1(i)和T_2(i)和方程组中的方程(1-5)～(1-6)得到U_S(i)，I_(i)，再将得到的I_(i)和方程组中的方程(1-1)～(1-4)，可得到下一时刻的T_1(i+1)和T_2(i+1)。

下面以步骤一中温差发电系统选取方程组1为数学模型为例，对数学模型进行离散化处理；设初始时刻系统开路，此时电路中电流I为0，根据热力学知识，则有：

Q_H＝K_H(T_H-T₁)＝K_L(T₂-T_L)＝K_i(T₁-T₂)＝Q_L。

(i)当热端热源可等效为热端温度T_H恒定时，可得初始T₁₍₁₎和T₂₍₁₎，

T₁₍₁₎＝T_H-(T_H-T_L)*(1/K_H)/(1/K_H+1/K_i+1/K_L)；

T₂₍₁₎＝T_L+(T_H-T_L)*(1/K_L)/(1/K_H+1/K_i+1/K_L)；

系统回路闭合后，考虑系统的热电耦合影响，离散后的迭代方程为：

U_S(i)＝mα(T_1(i)-T_2(i))(2-1)

I_(i)＝U_S(i)/(R_i+R_L)(2-2)

Q_H(i+1)＝m*αI_(i)T_1(i)-0.5I_(i) ²R_i+K_i(T_1(i)-T_2(i))(2-3)

Q_L(i+1)＝m*αI_(i)T_2(i)+0.5I_(i) ²R_i+K_i(T_1(i)-T_2(i))(2-4)

T_1(i+1)＝T_H-Q_H(i+1)/K_H(2-5)

T_2(i+1)＝T_L+Q_L(i+1)/K_L(2-6)

(ii)当系统热源特点可等效为热端热流量Q_H不变时，则有：

可得初始T₁₍₁₎和T₂₍₁₎，T₂₍₁₎＝T_L+Q_H/K_L；T₁₍₁₎＝T₂₍₁₎+Q_H/K_i；

系统回路闭合后，考虑系统的热电耦合影响，离散后的迭代方程为：

U_S(i)＝mα(T_1(i)-T_2(i))(3-1)

I_(i)＝U_S(i)/(R_i+R_L)(3-2)

Q_L(i+1)＝m*αI_(i)T_2(i)+0.5I_(i) ²R_i+K_i(T_1(i)-T_2(i))(3-3)

T_2(i+1)＝T_L+Q_L(i+1)/K_L(3-4)

T_1(i+1)＝(Q_H+K_iT_2(i)+0.5I₍₁₎R_i ²)/(m*αI_(i)+K_i)(3-5)

步骤05：确定温差发电系统的迭代收敛条件和稳定条件；在该步骤05中，收敛条件根据冷热端温差相邻两次迭代值之差小于允许的相对偏差确定，若选择系统的误差精度δ，可确定系统的收敛条件为|T_1(i+1)-T_1(i)|≤δ&|T_2(i+1)-T_2(i)|≤δ。

步骤06：通过数值求解的方法得到温差发电系统热冷端的温差ΔT，进一步得到温差发电系统提供的电动势。在该步骤06中，根据收敛条件，对迭代得到的冷热端温差的计算结果进行判断，最终确定热冷端温差的数值解。

本发明可针对不同的实际系统，适用于不同的实际温差发电系统，而优于传统的大概估算，而且本发明的整个计算过程简单，计算的结果比传统的计算方法更加精确。

Claims (9)

1.一种温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：具体包括如下几个步骤：

步骤一，根据热力学定律，温差发电系统的热电材料的特点和电路定律，导出由m片半导体元件串联构成的温差发电系统数学模型，数学模型是由式(1-1)～(1-6)组成的方程组所示：

Q_H＝K_H(T_H-T₁)(1-1)

Q_L＝K_L(T₂-T_L)(1-2)

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-4)

U_S＝mα(T₁-T₂)(1-5)

I＝U_S/(R_i+R_L)(1-6)

其中，Q_H和Q_L分别为每单位时间发电器从高温热源吸取和放给低温热源的能量，T_H和T_L分别为高、低温热源的温度，K_H和K_L分别为热源与热端和冷源与冷端的总等效传热热导；当半导体通过电流时，会产生焦耳热流流量Q_J＝I²R_i，这里近似认为K_H＝K_L，则焦耳热流向两端各传导一半。其中，R_i为m片串联半导体元件的总等效电阻，R_i＝m(l_Pρ_P/A_P+l_Nρ_N/A_N)，ρ_P，l_P，A_P和ρ_N，l_N，A_N分别是P型和N型半导体元件的电阻率，长度和面积；其中K_i为m片串联半导体元件的热导，K_i＝m(k_PA_P/l_P+k_NA_N/l_N)，k_P和k_N分别是P型和N型半导体元件的热导率；U_S为发电系统产生的电动势，I为发电系统回路中的电流，R_L为负载电阻；其中，温差发电器件的相对赛贝克系数α＝α_P-α_N，α_P，α_N分别为P型和N型半导体元件的赛贝克系数，由温差发电材料自身的特性决定，T₁和T₂分别是温差发电器件热端和冷端温度；

步骤二，根据实际温差发电系统工作环境，首先对方程组的式(1-1)和(1-2)中，热源与热端和冷源与冷端的总等效传热热导K_H和K_L进行等效；其次对热端和冷端的热电平衡方程式(1-3)和(1-4)的修正；

步骤三，根据热源提供能量的不同，确定符合实际情况的热源等效形式是等效为热端温度T_H恒定还是热端热流量Q_H恒定的形式；

步骤四，选取温差发电系统的迭代变量，根据热源等效形式，确定数值计算的初始值，并对温差发电系统数学模型进行离散化处理，得出相应的迭代次序；

步骤五，确定温差发电系统的迭代收敛条件；

步骤六，通过数值求解的方法得到温差发电系统热冷端的温差ΔT，进一步得到温差发电系统提供的电动势。

2.根据权利要求1所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤二中所述针对实际温差发电系统工作环境，建立符合实际的温差发电系统的数学模型，如果实际系统不能近似认为当K_H＝K_L成立时，方程组的式(1-3)和(1-4)中，向热、冷端传导的焦耳热流量Q_Jh,Q_Jl需替换为Q_Jh＝bI²R_i和Q_Jl＝(1-b)I²R_i，其中，b＝K_H(K_L+2*K_i)/(2*K_H*K_L+K_H*K_i+K_i*K_L)为产生的焦耳热流量分别向热冷端传导量的分配系数；

Q_H＝m*αIT₁-bI²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+(1-b)I²R_i+K_i(T₁-T₂)(1-4)。

3.根据权利要求1所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤二中所述针对实际温差发电系统工作环境，建立符合实际的温差发电系统的数学模型，如果实际系统需加入系统的接触电阻影响时，方程组中的式(1-3)和(1-4)需加入热、冷端的接触电阻R_hc和R_lc，在热冷端引起的焦耳热流量需替换为Q_Jhc＝I²R_hc和Q_Jlc＝I²R_lc，可替换为

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)-I²R_hc(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)+I²R_lc(1-4)。

4.根据权利要求1所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤二中所述针对实际温差发电系统工作环境，建立符合实际的温差发电系统的数学模型，如果实际系统需考虑温差发电系统的冷热端之间对流换热时，方程组1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷热端的对流换热流量Q_d＝K_d*A_Gap/L*(T₁-T₂)，其中K_d，A_Gap和L分别为冷热端面的对流系数，温差发电模块热冷端间隙处面积和长度，式(1-3)和(1-4)可替换为

Q_H＝m*αIT₁-0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)-K_d*A_Gap/L*(T₁-T₂)(1-3)

Q_L＝m*αIT₂+0.5I²R_i+K_i(T₁-T₂)+K_d*A_Gap/L*(T₁-T₂)(1-4)。

5.根据权利要求1所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤二中所述针对实际温差发电系统工作环境，建立符合实际的温差发电系统的数学模型,如果实际系统需考虑温差发电系统的冷热端之间辐射换热时，方程组1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷热端的辐射换热流量其中ε和σ分别为温差发电半导体的光谱发射率和玻耳兹曼常数(黑体辐射常数)，式(1-3)和(1-4)可替换为

$Q_H=m*{\mathrm{\αIT}}_1-0.5I^2{R}_i+K_i(T_1-T_2)-({\mathrm{\ϵ\σA}}_{Gap}/(2-\mathrm{\ϵ})*(T_1^4-T_2^4)---(1-3)$

$Q_L=m*{\mathrm{\αIT}}_2+0.5I^2{R}_i+K_i(T_1-T_2)+({\mathrm{\ϵ\σA}}_{Gap}/(2-\mathrm{\ϵ})*(T_1^4-T_2^4)---(1-4).$

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤三中所述符合实际的热源等效形式是针对热源提供能量的特点，确定热源是等效为热端温度T_H恒定还是热端热流量Q_H恒定的形式，如果热源是等效为热端温度T_H恒定，则需获取系统的热端温度T_H和冷端温度T_L，来作为方程组的已知量；如果热源等效为热端热流量Q_H恒定，则需获取系统的热端热流量Q_H和冷端温度T_L，作为方程组的已知量。

7.根据权利要求6所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：所述的步骤四具体如下：选取温差发电系统的迭代变量为冷热端温度，以开路时刻温差发电系统冷热端的温度值作为初始值，系统回路闭合后，考虑系统的热电耦合影响，得到离散后的迭代方程。

8.根据权利要求7所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤五中所述的收敛条件根据冷热端温差相邻两次迭代值之差小于允许的相对偏差确定:若选择系统的误差精度δ，可确定系统的收敛条件为|T_1(i+1)-T_1(i)|≤δ&|T_2(i+1)-T_2(i)|≤δ；其中，T_1(i+1)，T_1(i)分别为温差发电器件热端温度的本次计算结果和前一次计算结果，T_2(i)，T_2(i+1)分别为温差发电器件热端温度的本次计算结果和前一次计算结果。

9.根据权利要求8所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：所述的步骤六中，根据收敛条件对迭代得到的冷热端温差的计算结果进行判断,最终确定热冷端温差的数值解，进一步得到温差发电系统的电动势。