Due to limitations in performance of thermoelectric materials, applying two-stage thermoelectric generator (TTEG) has been proposed to improve the performance of thermoelectric generator (TEG) system. In this paper, a novel prototype of a two-stage thermoelectric generator system is investigated experimentally. In the first stage, a TEG module installed between a phase change material (PCM) heat sink, as cooling system, and an electrical heater, as the heat source. Because of the inherent characteristics of PCMs to save the thermal energy as latent heat, the PCM heat sink is used as the heat source of the second stage TEGs. In the second stage, five smaller TEG modules are installed around the PCM with individual heat sinks for cooling with natural convection. In order to have a comparison between a common TEG system and the proposed two-stage TEG system, a one-stage thermoelectric generator with forced air cooling system has been tested. The results show the proposed TTEG system averagely generates 27% more electrical potential than the one-stage TEG system. Moreover, when the heater is off, the TTEG supplies 0.377 V open circuit voltage in average for about 7900 s, while the one-stage TEG generates this amount of voltage just for 2100 s. Therefore, the proposed design makes TEG systems more suitable for wireless sensor applications when the heat source does not provide steady thermal energy. In this study, four different patterns of thermal power applied to the TTEG system are considered. These patterns are used to simulate various transient thermal boundary conditions imposed to the system.

由于热电材料性能的限制，已经提出了应用两级热电发生器（TTEG）来改善热电发生器（TEG）系统的性能。在本文中，对两级热电发电机系统的新型原型进行了实验研究。在第一阶段，将TEG模块安装在相变材料（PCM）散热器（作为冷却系统）和电加热器（作为热源）之间。由于PCM的固有特性将热能保存为潜热，因此PCM散热器被用作第二级TEG的热源。在第二阶段，五个较小的TEG模块安装在PCM周围，带有独立的散热器，用于自然对流冷却。为了比较常见的TEG系统和建议的两级TEG系统，已对带有强制风冷系统的一级热电发电机进行了测试。结果表明，所提出的TTEG系统平均产生的电势比一级TEG系统高出27％。此外，当加热器关闭时，TTEG平均提供0.377 V开路电压约7900 s，而一级TEG仅在2100 s内产生该电压量。因此，当热源不能提供稳定的热能时，建议的设计使TEG系统更适合无线传感器应用。在这项研究中，考虑了应用于TTEG系统的四种不同的火力模式。这些模式用于模拟施加到系统的各种瞬态热边界条件。带有强制空气冷却系统的一级热电发电机已经过测试。结果表明，所提出的TTEG系统平均产生的电势比一级TEG系统高出27％。此外，当加热器关闭时，TTEG平均提供0.377 V开路电压约7900 s，而一级TEG仅在2100 s内产生该电压量。因此，当热源不能提供稳定的热能时，建议的设计使TEG系统更适合无线传感器应用。在这项研究中，考虑了应用于TTEG系统的四种不同的火力模式。这些模式用于模拟施加到系统的各种瞬态热边界条件。带有强制空气冷却系统的一级热电发电机已经过测试。结果表明，所提出的TTEG系统比一级TEG系统平均产生的电势高27％。此外，当加热器关闭时，TTEG平均提供0.377 V开路电压约7900 s，而一级TEG仅在2100 s内产生该电压量。因此，当热源不能提供稳定的热能时，建议的设计使TEG系统更适合无线传感器应用。在这项研究中，考虑了应用于TTEG系统的四种不同的火力模式。这些模式用于模拟施加到系统的各种瞬态热边界条件。结果表明，所提出的TTEG系统平均产生的电势比一级TEG系统高出27％。此外，当加热器关闭时，TTEG平均提供0.377 V开路电压约7900 s，而一级TEG仅在2100 s内产生该电压量。因此，当热源不能提供稳定的热能时，建议的设计使TEG系统更适合无线传感器应用。在这项研究中，考虑了应用于TTEG系统的四种不同的火力模式。这些模式用于模拟施加到系统的各种瞬态热边界条件。结果表明，所提出的TTEG系统平均产生的电势比一级TEG系统高出27％。此外，当加热器关闭时，TTEG平均提供0.377 V开路电压约7900 s，而一级TEG仅在2100 s内产生该电压量。因此，当热源不能提供稳定的热能时，建议的设计使TEG系统更适合无线传感器应用。在这项研究中，考虑了应用于TTEG系统的四种不同的火力模式。这些模式用于模拟施加到系统的各种瞬态热边界条件。平均377 V的开路电压约为7900 s，而一级TEG产生的电压量仅为2100 s。因此，当热源不能提供稳定的热能时，建议的设计使TEG系统更适合无线传感器应用。在这项研究中，考虑了应用于TTEG系统的四种不同的火力模式。这些模式用于模拟施加到系统的各种瞬态热边界条件。平均377 V的开路电压约为7900 s，而一级TEG产生的电压量仅为2100 s。因此，当热源不能提供稳定的热能时，建议的设计使TEG系统更适合无线传感器应用。在这项研究中，考虑了应用于TTEG系统的四种不同的火力模式。这些模式用于模拟施加到系统的各种瞬态热边界条件。