Godine 1821. poznati znanstvenik po imenu Johann Seebeck oživio je koncept toplinskog gradijenta koji se razvija između dva različita vodiča i on može generirati električnu energiju. U odnosu na termoelektrični efekt, postoji koncept koji se naziva gradijent temperature u provodnoj tvari koja proizvodi toplinu i taj ishod difuziji nosača naboja. Taj se toplinski tok razvija između vruće i hladne tvari napon razlika. Dakle, ovaj je scenarij otkrio uređaj termoelektrični generator , a danas je naš članak o svom radu, prednostima, ograničenjima i povezanim konceptima.

Što je termoelektrični generator?

Termoelektrični je naziv koji je kombinacija riječi električni i termo. Dakle, naziv označava da toplinska odgovara toplinskoj energiji, a električna odgovara električnoj. A termoelektrični generatori su uređaji koji su implementirani u pretvorbu temperaturne razlike koja se generira između dva odjeljka u električni oblik energije . Ovo je osnovno definicija termoelektričnog generatora .

Ti uređaji ovise o termoelektričnim efektima koji uključuju sučelje koje se događa između protoka topline i električne energije kroz čvrste komponente.

Izgradnja

Termoelektrični generatori su uređaji koji su u čvrstom stanju toplinske komponente izgrađene od dva bitna spoja p-tipa i n-tipa. Spoj tipa P ima povećanu koncentraciju + ve naboja, a spoj tipa n povećanu koncentraciju -ve nabijenih elemenata.

Komponente p-tipa dopirane su u stanju da imaju više pozitivno nabijenih nosača ili rupa, što daje pozitivan Seebeckov koeficijent. Na sličan način, komponente tipa N dopirane su tako da imaju više negativno nabijenih nosača, čime se dobiva negativni tip Seeback koeficijenta.

Termoelektrični generator radi

Prolaskom električne veze između dva spoja, svaki pozitivno nabijeni nosač pomiče se u n-spoj, a slično negativno nabijeni nosač pomiče se u p-spoj. U konstrukcija termoelektričnog generatora , najviše implementirani element je olovni telurid.

Komponenta je koja je građena od telurja i olova ima minimalne količine natrija ili bizmuta. Uz to, ostali elementi koji se koriste u ovoj konstrukciji uređaja su bizmut-sulfid, kositreni telurid, bizmut-telurid, indij-arsenid, germanijev telurid i mnogi drugi. S ovim materijalima, dizajn termoelektričnog generatora može se učiniti.

Princip rada termoelektričnog generatora

The termoelektrični generator koji radi ovisi o Seeback efektu. U tom učinku, petlja koja se formira između dva različita metala stvara emf kada se metalni spojevi održavaju na različitim temperaturnim razinama. Zbog ovog scenarija, oni se također nazivaju i Seeback generatori energije. The blok dijagram termoelektričnog generatora prikazan je kao:

Blok dijagram

Termoelektrični generator je obično uključen u izvor topline koji se održava na visokim temperaturama, a također je uključen i hladnjak. Ovdje temperatura hladnjaka mora biti manja od temperature izvora topline. Promjena vrijednosti temperature za izvor topline i hladnjak omogućuje strujanje kroz odjeljak opterećenja.

U ovoj vrsti energetske transformacije ne postoje prijelazne energetske pretvorbe koje bi se razlikovale od ostalih vrsta energetskih pretvorbi. Zbog toga se naziva i izravnom transformacijom energije. Generirana snaga zbog ovog Seeback efekta jednofaznog je istosmjernog tipa i predstavljena je kao I^dvaR_Lgdje RL odgovara vrijednosti otpora pri opterećenju.

Vrijednosti izlaznog napona i snage mogu se povećati na dva načina. Jedna je povećavanjem temperaturnih varijacija koja raste između toplog i hladnog ruba, a druga je stvaranje serijske veze s termoelektričnim generatorima.

Napon ovog TEG uređaja daje V = αΔ T,

Gdje ‘α’ odgovara Seebekovom koeficijentu, a ‘Δ’ je temperaturna varijacija između dva spoja. Ovime je trenutni tok zadan sa

I = (V / R + R_L)

Iz toga je jednadžba napona

V = αΔT / R + R_L

Prema tome, protok snage preko dijela opterećenja je

P pri opterećenju = (αΔT / R + R_L)^dva(R._L)

Nazivna snaga veća je kad R dosegne do R_L, onda

Pmax = (αΔT)^dva/ (4R)

Struja će biti do trenutka kada postoji dovod topline na vrući rub i uklanjanje topline s hladnog ruba. A razvijena struja je u jednosmjernom obliku i može se transformirati u izmjenični tip pretvarači . Vrijednosti napona mogu se povećati izvedbom transformatora.

Ova vrsta pretvorbe energije također može biti reverzibilna kada se put protoka energije može vratiti natrag. Kada se istosmjerna snaga i opterećenje uklone s rubova, tada se toplina može jednostavno povući iz termoelektričnih generatora. Dakle, ovo je teorija termoelektričnog generatora iza rada.

Jednadžba učinkovitosti termoelektričnog generatora

Učinkovitost ovog uređaja predstavljena je kao udio generirane snage na otporniku na dijelu opterećenja u protoku topline preko otpora opterećenja. Ovaj omjer je predstavljen kao

Učinkovitost = (generirana snaga pri RL) / (protok topline ‘Q’)

= (I^dvaR_L) / Q

Učinkovitost = (αΔT / R + R_L)^dva(R._L) / Q

Tako se može izračunati učinkovitost termoelektričnog generatora.

Vrste termoelektričnih generatora

Na temelju veličine TEG uređaja, vrste izvora topline i izvora za hladnjak, snage i svrhe primjene, TEG se uglavnom klasificiraju kao tri vrste, a to su:

Generatori fosilnih goriva
Generatori na nuklearno gorivo
Solarni generatori izvora

Generatori fosilnih goriva

Ova vrsta generatora dizajnirana je da koristi kerozin, prirodni plin, butan, drvo, propan i mlazna goriva kao izvore topline. Za komercijalne primjene, izlazna snaga se kreće od 10-100 W. Te vrste termoelektričnih generatora koriste se na udaljenim mjestima, poput navigacijskih pomoćnika, prikupljanja podataka, komunikacijskih mreža i katodne sigurnosti, čime se izbjegava elektroliza od uništavanja metalnih cijevi i morskih sustava.

Generatori na nuklearni pogon

Razgrađene komponente radioaktivnih izotopa mogu se koristiti za pružanje izvora topline s povećanom temperaturom za TEG uređaje. Budući da su ti uređaji odgovarajuće osjetljivi na nuklearnu emisiju i da se element izvora topline može koristiti dulje vrijeme, ti se termoelektrični generatori s nuklearnim gorivom primjenjuju u daljinskim primjenama.

Generatori solarnih izvora

Solarni termoelektrični generatori korišteni su s malo postignuća kako bi osigurali snagu minimalnih veličina pumpi za navodnjavanje na udaljenim mjestima i nerazvijenim područjima. Solarni termoelektrični generatori konstruirani su za opskrbu električnom energijom za orbitiranje svemirskih letjelica.

Prednosti i nedostaci termoelektričnih generatora

The prednosti termoelektričnog generatora su:

“trofazna snaga za lutke ”

Kako su sve komponente korištene u ovom TEG uređaju u čvrstom stanju, one imaju poboljšanu pouzdanost
Ekstremni raspon izvora goriva
TEG uređaji izrađeni su tako da isporučuju snagu koja nije minimalna do snage mW i veća od KW, što znači da imaju veliku skalabilnost
To su uređaji za izravnu transformaciju energije
Tiho operiran
Minimalna veličina
Oni mogu funkcionirati čak i pri ekstremnom i nultom rasponu gravitacijskih sila

The nedostaci termoelektričnog generatora su:

Oni su malo skuplji u usporedbi s drugim vrstama generatora
Oni imaju minimalnu učinkovitost
Minimalna toplinska svojstva
Ovi uređaji trebaju veći izlazni otpor

Primjene termoelektričnog generatora

Za poboljšanje performansi goriva u automobilima uglavnom se koristi TEG uređaj. Ovi generatori koriste toplinu koja nastaje u vrijeme rada vozila
Seebeck Power Generation koristi se za opskrbu svemirske letjelice.
Termoelektrični generatori koji se ugrađuju pružaju napajanje za udaljene stanice kao što su vremenski sustavi, relejne mreže i druge

Dakle, ovdje se radi o detaljnom konceptu termoelektričnih generatora. U cjelini, budući da generatori imaju veliko značenje, naširoko se koriste u mnogim aplikacijama na mnogim domenama. Osim ovih povezanih koncepata, drugi koncept koji će se ovdje jasno znati je ono što jest