În anul 1821, un cunoscut om de știință pe nume Johann Seebeck a reînviat conceptul de gradient termic care este dezvoltat între doi conductori diferiți și care poate genera electricitate. În raport cu efectul termoelectric, există un concept numit gradient de temperatură în substanța conducătoare care produce căldură și acest rezultat în difuzia purtătorului de încărcare. Acest flux de căldură se dezvoltă între substanțele calde și reci Voltaj diferență. Deci, acest scenariu a descoperit dispozitivul termoelectric generator , și astăzi, articolul nostru se referă la funcționarea sa, avantaje, limitări și concepte conexe.
Ce este generatorul termoelectric?
Termoelectric este numele care este combinația de cuvinte electric și termo. Deci, denumirea înseamnă că termica corespunde energiei termice și că electricitatea corespunde energiei electrice. Și generatoarele termoelectrice sunt dispozitivele care sunt implementate în conversia diferenței de temperatură generată între cele două secțiuni în formă electrică de energie . Acesta este elementul de bază definirea generatorului termoelectric .
Aceste dispozitive sunt dependente de efectele termoelectrice care implică interfața care se întâmplă între fluxul de căldură și electricitatea prin componente solide.
Constructie
Generatoarele termoelectrice sunt dispozitivele care sunt componente termice în stare solidă construite din două joncțiuni esențiale care sunt de tip p și de tip n. Joncțiunea de tip P are o concentrație crescută de sarcină + ve, iar joncțiunea de tip n are o concentrație crescută de elemente încărcate de -ve.
Componentele de tip p sunt dopate în condiția de a avea mai mulți purtători sau găuri încărcate pozitiv, oferind astfel un coeficient Seebeck pozitiv. Într-un mod similar, componentele de tip n sunt dopate pentru a avea purtători mai încărcați negativ, oferind astfel un tip negativ de coeficient Seeback.
Generatorul termoelectric funcționează
Odată cu trecerea conexiunii electrice între cele două joncțiuni, fiecare purtător încărcat pozitiv se deplasează la joncțiunea n, iar purtătorul încărcat negativ în mod similar se deplasează la joncțiunea p. În constructie generator termoelectric , cel mai implementat element este telurura de plumb.
Componenta care este construită din telur și plumb are cantități minime de sodiu sau de bismut. În plus, celelalte elemente utilizate în construcția acestui dispozitiv sunt sulf de bismut, telurură de staniu, telurură de bismut, arsenură de indiu, telurură de germaniu și multe altele. Cu aceste materiale, proiectarea generatorului termoelectric poate fi facut.
Principiul de lucru al generatorului termoelectric
funcționarea generatorului termoelectric depinde de efectul Seeback. În acest efect, o buclă care se formează între cele două metale variate generează un emf atunci când joncțiunile metalice sunt menținute la diferite niveluri de temperatură. Din cauza acestui scenariu, acestea sunt denumite și generatoare de energie Seeback. schema bloc a generatorului termoelectric este afișat ca:
Diagramă bloc
Un generator termoelectric este în general inclus cu o sursă de căldură care este menținută la valori ridicate de temperatură și este de asemenea inclus un radiator. Aici, temperatura radiatorului trebuie să fie mai mică decât cea a sursei de căldură. Modificarea valorilor de temperatură pentru sursa de căldură și radiator permite curentul de curgere pe secțiunea de încărcare.
În acest tip de transformare a energiei, nu există conversii de energie de tranziție diferite de celelalte tipuri de conversie a energiei. Din această cauză, este denumită transformare directă a energiei. Puterea generată datorită acestui efect Seeback este de tip DC monofazat și este reprezentată ca I.DouăRLunde RL corespunde valorii rezistenței la sarcină.
Valorile puterii și tensiunii de ieșire pot fi mărite în două moduri. Una este creșterea variației de temperatură care crește între marginile calde și reci, iar cealaltă este formarea unei conexiuni în serie cu generatoare de energie termoelectrică.
Tensiunea acestui dispozitiv TEG este dată de V = αΔ T,
În cazul în care „α” corespunde coeficientului Seeback și „Δ” este variația temperaturii între cele două joncțiuni. Cu aceasta, fluxul curent este dat de
I = (V / R + RL)
Din aceasta, ecuația tensiunii este
V = αΔT / R + RL
Din aceasta, fluxul de putere în secțiunea de sarcină este
P la sarcină = (αΔT / R + RL)Două(RL)
Puterea nominală este mai mare atunci când R ajunge la RL, apoi
Pmax = (αΔT)Două/ (4R)
Va exista curent curent până la momentul în care există alimentare cu căldură la marginea fierbinte și îndepărtarea căldurii de la marginea rece. Iar curentul dezvoltat este în formă de curent continuu și poate fi transformat în tip de curent alternativ invertoare . Valorile tensiunii pot fi crescute mai mult prin implementarea transformatoarelor.
Acest tip de conversie a energiei poate fi, de asemenea, reversibil în cazul în care calea fluxului de energie poate fi schimbată înapoi. Când atât puterea de curent continuu cât și sarcina sunt îndepărtate de pe margini, atunci căldura poate fi pur și simplu extrasă de la generatoarele termoelectrice. Deci, acesta este teoria generatorului termoelectric în spatele muncii.
Ecuația de eficiență a generatorului termoelectric
Eficiența acestui dispozitiv este reprezentată ca proporția puterii generate la rezistență la secțiunea de sarcină la fluxul de căldură de la rezistența de sarcină. Acest raport este reprezentat ca
Eficiență = (Putere generată la RL) / (flux de căldură „Q”)
= (IDouăRL) / Q
Eficiență = (αΔT / R + RL)Două(RL) / Q
Astfel se poate calcula eficiența generatorului termoelectric.
Tipuri de generatoare termoelectrice
Pe baza dimensiunii dispozitivului TEG, a tipului de sursă de căldură și a sursei pentru radiator, capacitatea de alimentare și scopul aplicației, TEG-urile sunt clasificate în principal în trei tipuri și acestea sunt:
- Generatoare de combustibili fosili
- Generatoare cu combustibil nuclear
- Solar generatoare sursă
Generatoare de combustibil fosil
Acest tip de generator este conceput pentru a utiliza kerosen, gaz natural, butan, lemn, propan și combustibili cu jet ca surse de căldură. Pentru aplicații comerciale, puterea de ieșire variază între 10-100 wați. Aceste tipuri de generatoare termoelectrice sunt utilizate în locații îndepărtate, cum ar fi asistențe de navigație, colectare de informații, în rețele de comunicații și în siguranță catodică, evitând astfel electroliza de la distrugerea conductelor metalice și a sistemelor marine.
Generatoare cu combustibil nuclear
Componentele descompuse ale izotopilor radioactivi ar putea fi utilizate pentru a oferi o sursă de căldură cu temperatură crescută pentru dispozitivele TEG. Deoarece aceste dispozitive sunt corespunzător sensibile la emisiile nucleare și elementul sursă de căldură poate fi utilizat pentru o perioadă lungă de timp, acești generatori termoelectrici alimentați cu energie nucleară sunt aplicați în aplicații la distanță.
Generatoare de surse solare
Generatoarele solare termoelectrice au fost folosite cu puține realizări pentru a furniza puterea dimensiunii minime a pompelor de irigare în locații îndepărtate și zone subdezvoltate. Generatoarele solare termoelectrice sunt construite pentru a furniza energie electrică pentru navele spațiale care orbitează.
Avantajele și dezavantajele generatoarelor termoelectrice
avantaje ale generatorului termoelectric sunt:
- Deoarece toate componentele utilizate în acest dispozitiv TEG sunt în stare solidă, au o fiabilitate sporită
- Gama extremă de surse de combustibil
- Dispozitivele TEG sunt construite pentru a oferi o putere care nu este minimă la cea de mW și mai mare decât KW, ceea ce înseamnă că au o scalabilitate imensă
- Acestea sunt dispozitive directe de transformare a energiei
- Operat în tăcere
- Dimensiune minimă
- Acestea pot funcționa chiar și în intervalul extrem și zero al forțelor gravitaționale
dezavantaje ale generatorului termoelectric sunt:
- Acestea sunt cam scumpe în comparație cu alte tipuri de generatoare
- Acestea au o eficiență minimă
- Proprietăți termice minime
- Aceste dispozitive au nevoie de mai multă rezistență la ieșire
Aplicații generatoare termoelectrice
- Pentru îmbunătățirea performanței consumului de combustibil al mașinilor, este utilizat în cea mai mare parte dispozitivul TEG. Acești generatori folosesc căldura generată în momentul funcționării vehiculului
- Seebeck Power Generation este utilizată pentru a furniza energie navei spațiale.
- Generatoarele termoelectrice implementate furnizează energie stațiilor la distanță, cum ar fi sistemele meteorologice, rețelele de relee și altele
Deci, aici este vorba despre conceptul detaliat al generatoarelor termoelectrice. În ansamblu, deoarece generatoarele au o proeminență imensă, acestea sunt utilizate pe scară largă în multe aplicații din mai multe domenii. În afară de aceste concepte conexe, celălalt concept care trebuie clar cunoscut aici este ceea ce este
