读懂热电发生器：TEG模块如何将热能转化为电能
什么是热电发电
基础物理知识告诉我们：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式。自能量守恒定律（热力学第一定律） 提出以来，工程师一直在探索将能量转化为更便于人类利用的形式。
热电发电便是其中一种方式：将 热能 直接转换成 电能 。该现象由托马斯・塞贝克首次发现，这种 热能 直接生电的物理效应被称为塞贝克效应，如今已在 热电发生器 这类固态器件中实现商用落地。
TEG 相关技术直到 20 世纪才开始快速发展，首款商用产品于 1960 年问世。如今， TEG 已广泛应用于各行各业。
什么是 热电发生器 （TEG） 模块
热电发生器 模块 简称 TEG 模块 ，依托热电效应工作：利用材料两端的温差产生电压，反之也可由电压产生温差。
热电效应包含三种关联物理现象：
塞贝克效应：两种不同材料存在温度梯度时产生 电能 ；
珀尔帖效应：电流流经两种金属结点时，结点会产生吸热或放热现象；
汤姆逊效应：依据电流流向，材料自身产生吸热或放热。
热电发生器与热电制冷器有何区别
热电技术中最容易混淆的概念：
TEG 热电发生器利用塞贝克效应；
TEC 热电制冷器利用珀尔帖效应。
二者原理相近、用途不同：一个用于发电，一个用于固态制冷。
两类器件结构设计有差异，但所用基础材料相近（均为掺杂半导体）。
材料虽相近，但设计定位完全不同：
TEG：针对大温差、高能效设计，核心目标是最大化输出功率；
TEC：以优化吸热与散热为目标，常采用特种陶瓷与铜材提升制冷效率。
想深入了解珀尔帖制冷片，可阅读我们专题文章《如何选型珀尔帖模块》。
简单区分：
若要利用 热能 发电，选 TEG 模块；
若要主动制冷、恒温控温，选 TEC / 珀尔帖模块。
热电发生器的工作原理
现代热电发生器中，半导体冷热两端存在温差时，载流子（电子） 会从热端向冷端移动。
TEG 模块内部由多对 N 型、P 型半导体（常见材料为碲化铋）组成，夹在热端面与冷端面之间：
N 型半导体：电子由热端流向冷端；
P 型半导体：空穴（电子缺失）同样由热端流向冷端。
载流子定向流动形成电势差（电压），进而输出可用电流，输出电压与材料两端温差成正比。
TEG 非常适合存在废热的场景（如工业流程），回收原本白白损耗的热能；也可用于太空探测器等偏远场景，在太阳能不足时，利用放射性衰变产生的热能发电。
配图说明：热电发生器由 N 型与 P 型半导体构成，温差下产生电压；内部采用 N 型、P 型交替排布结构。
TEG 模块发电的优势
废热回收利用：把废弃热能转化为 电能 ，节能环保、提升系统能效；
全固态无运动部件：可靠性高、运行静音、免维护；
体积紧凑：可适配狭小安装空间；
电压电流规格丰富：无需外接市电即可独立供电，适合野外、偏远场景，可替代电池供电系统。
TEG 模块应用面临的挑战
依赖环境温差：必须具备稳定冷热端温差才能达到额定输出，适用场景受限；
能量转换效率偏低：相比其他发电方式效率不高，平均约 10% 左右。
TEG 重要参数规格与性能曲线
将 TEG 集成到系统设计时，需关注影响性能的关键参数。
冷热端温差记作 ΔT，是 TEG 发电的核心条件，但规格书一般不会直接标注 ΔT。厂商通常给出 Tmax（最高安全工作温度），而非最佳工作工况。
选型评估需重点关注这些电气参数：
开路电压、匹配负载输出电压、匹配负载电流、匹配负载功率、匹配负载内阻。
这些参数能直观反映 TEG 在匹配冷热负载下的实际输出表现。
TEG 性能曲线以热端温度、冷端温度为变量，绘制各类电气参数变化曲线，作用包括：
确定最佳工作点、优化系统设计、横向对比不同 TEG 型号、排查系统设计问题。
常用核心性能曲线（Th 代表热端温度）：
开路电压 — 热端温度曲线：无负载时最大输出电压，带载后电压会下降；
匹配负载内阻 — 热端温度曲线：不同温差下 TEG 等效内阻；
匹配负载电压 — 热端温度曲线：额定匹配负载下的输出电压；
匹配负载电流 — 热端温度曲线：额定匹配负载下的输出电流；
匹配负载功率 — 热端温度曲线：额定输出功率。
电压、电流、功率三者遵循欧姆定律，已知任意两项即可算出第三项。