V roku 1821 slávny vedec menom Johann Seebeck oživil koncept tepelného gradientu, ktorý je vyvinutý medzi dvoma rôznymi vodičmi a ktorý môže generovať elektrinu. Vo vzťahu k termoelektrickému javu existuje koncept nazývaný ako teplotný gradient vo vodivej látke, ktorá produkuje teplo, a tento výsledok vedie k difúzii nosiča náboja. Tento tepelný tok sa vyvíjal medzi horúcimi a chladnými látkami Napätie rozdiel. Takže tento scenár objavil zariadenie termoelektrické generátor , a dnes je náš článok o jeho práci, výhodách, obmedzeniach a súvisiacich konceptoch.

Čo je termoelektrický generátor?

Termoelektrický je názov, ktorý je kombináciou slov elektrický a termo. Názov teda znamená, že tepelná zodpovedá tepelnej energii a elektrická energia zodpovedá elektrickej energii. A termoelektrické generátory sú zariadenia, ktoré sa implementujú pri premene teplotného rozdielu, ktorý sa generuje medzi dvoma sekciami na elektrická forma energie . Toto je základné definícia termoelektrického generátora .

Tieto zariadenia sú závislé od termoelektrických javov, ktoré zahŕňajú rozhranie, ktoré sa deje medzi tepelným tokom a elektrinou prostredníctvom pevných zložiek.

Konštrukcia

Termoelektrické generátory sú zariadenia, ktoré sú polovodičovými tepelnými zložkami skonštruované z dvoch základných spojov, ktoré sú typu p a n. Križovatka typu P má zvýšenú koncentráciu kladného náboja a križovatka typu n má zvýšenú koncentráciu živých nábojov.

Komponenty typu p sú dotované v stave, aby mali viac kladne nabitých nosičov alebo otvorov, čo poskytuje pozitívny Seebeckov koeficient. Podobným spôsobom sú komponenty typu n dopované, aby mali viac záporne nabitých nosičov, čím poskytujú negatívny typ Seebackovho koeficientu.

Termoelektrický generátor pracuje

Pri prechode elektrického spojenia medzi dvoma križovatkami sa každý kladne nabitý nosič pohybuje do n-križovatky a podobne záporne nabitý nosič sa posúva do p-križovatky. V konštrukcia termoelektrického generátora , najviac implementovaným prvkom je telurid olovnatý.

Je to zložka vyrobená z telúru a olova, ktoré obsahujú minimálne množstvo sodíka alebo bizmutu. Okrem toho sú ďalšími prvkami, ktoré sa používajú pri konštrukcii tohto zariadenia, sulfid bizmutitý, telurid cínatý, telurid bizmutitý, arzenid indný, telurid germánium a mnoho ďalších. S týmito materiálmi návrh termoelektrického generátora môže byť urobené.

Princíp práce termoelektrického generátora

The termoelektrický generátor pracuje je závislý od Seeback efektu. V tomto zmysle slučka, ktorá sa vytvorí medzi dvoma rôznymi kovmi, vytvára emf, keď sa kovové spojenia udržiavajú na rôznych teplotných úrovniach. Kvôli tomuto scenáru sa tiež nazývajú generátory energie Seeback. The bloková schéma termoelektrického generátora sa zobrazuje ako:

Bloková schéma

Termoelektrický generátor je všeobecne dodávaný so zdrojom tepla, ktorý je udržiavaný na vysokých hodnotách teploty, a súčasťou je aj chladič. Tu musí byť teplota chladiča nižšia ako teplota zdroja tepla. Zmena teplotných hodnôt pre zdroj tepla a chladič umožňuje prúdiaci prúd cez záťažovú časť.

Pri tomto druhu transformácie energie neexistujú nijaké prechodné energetické premeny nepodobné iným typom premeny energie. Z tohto dôvodu sa nazýva priama transformácia energie. Generovaný výkon kvôli tomuto Seebackovmu efektu je jednofázový typu DC a je reprezentovaný ako I^dvaR_Ľkde RL zodpovedá hodnote odporu pri zaťažení.

Hodnoty výstupného napätia a výkonu je možné zvýšiť dvoma spôsobmi. Jedným je zvýšenie teplotných zmien, ktoré stúpajú medzi horúcou a studenou hranou, a druhým je vytvorenie sériového spojenia s termoelektrickými generátormi energie.

Napätie tohto zariadenia TEG je dané V = αΔ T,

Kde „α“ zodpovedá Seebackovmu koeficientu a „Δ“ je teplotná zmena medzi týmito dvoma spojmi. Týmto je prúdový prúd daný

I = (V / R + R_Ľ)

Z toho je rovnica napätia

V = aΔT / R + R_Ľ

Z toho je tok energie cez záťažovú časť

P pri zaťažení = (αΔT / R + R_Ľ)^dva(R._Ľ)

Výkon je väčší, keď R dosiahne R_Ľpotom

Pmax = (αΔT)^dva/ (4R)

Prúd bude prúdiť až do doby, keď dôjde k prívodu tepla k horúcej hrane a odvodu tepla zo studenej hrany. Vyvinutý prúd je vo forme jednosmerného prúdu a je možné ho transformovať do podoby striedavého prúdu invertory . Hodnoty napätia je možné zvýšiť pomocou implementácie transformátorov.

Tento druh premeny energie môže byť tiež reverzibilný, ak je možné cestu späť zmeniť. Keď sa z okrajov odstráni jednosmerný prúd aj záťaž, potom sa môže teplo jednoducho odoberať z termoelektrických generátorov. Toto je teda teória termoelektrického generátora za prácou.

Rovnica účinnosti termoelektrického generátora

Účinnosť tohto zariadenia je vyjadrená ako podiel generovaného výkonu v rezistore v záťažovej časti na toku tepla cez záťažový rezistor. Tento pomer je vyjadrený ako

Účinnosť = (vyrobený výkon pri RL) / (tepelný tok „Q“)

= (Ja^dvaR_Ľ) / Q

Účinnosť = (αΔT / R + R_Ľ)^dva(R._Ľ) / Q

Takto sa dá vypočítať účinnosť termoelektrického generátora.

Typy termoelektrických generátorov

Na základe veľkosti zariadenia TEG, druhu zdroja tepla a zdroja chladiča, schopnosti napájania a účelu použitia sú TEG klasifikované hlavne ako tri typy a sú to:

Generátory fosílnych palív
Generátory vyrábajúce jadrové palivo
Solárne zdrojové generátory

Generátory fosílneho paliva

Tento typ generátora je navrhnutý tak, aby využíval ako zdroje tepla petrolej, zemný plyn, bután, drevo, propán a tryskové palivá. Pre komerčné aplikácie sa výstupný výkon pohybuje od 10 do 100 W. Tieto druhy termoelektrických generátorov sa používajú na vzdialených miestach, ako sú navigačné asistencie, zhromažďovanie informácií, komunikačné siete a katódová bezpečnosť, čím sa zabráni tomu, aby elektrolýza zničila kovové potrubia a námorné systémy.

Generátory využívajúce jadrové palivo

Rozložené zložky rádioaktívnych izotopov by sa mohli využiť na ponúknutie zdroja tepla so zvýšenou teplotou pre TEG zariadenia. Pretože tieto zariadenia sú zodpovedajúcim spôsobom citlivé na jadrové emisie a prvok zdroja tepla sa dá dlho používať, používajú sa tieto termoelektrické generátory na jadrové palivo v diaľkových aplikáciách.

Generátory solárnych zdrojov

Solárne termoelektrické generátory boli použité s niekoľkými úspechmi, aby poskytli výkon minimálnej veľkosti zavlažovacích čerpadiel na vzdialených miestach a v málo rozvinutých oblastiach. Solárne termoelektrické generátory sú skonštruované na dodávanie elektrickej energie pre obežné dráhy kozmických lodí.

Výhody a nevýhody termoelektrických generátorov

The výhody termoelektrického generátora sú:

“aké sú základné rozdiely a podobnosti medzi generátorom a elektromotorom? ”

Pretože všetky komponenty použité v tomto zariadení TEG sú polovodičové, majú zvýšenú spoľahlivosť
Extrémny rozsah zdrojov paliva
Zariadenia TEG sú konštruované tak, aby poskytovali výkon nie minimálny ako mW a väčší ako KW, čo znamená, že majú veľkú škálovateľnosť
Jedná sa o zariadenia na priamu transformáciu energie
Potichu operovaný
Minimálna veľkosť
Môžu fungovať aj pri extrémnom a nulovom rozsahu gravitačných síl

The nevýhody termoelektrického generátora sú:

Sú trochu nákladnejšie v porovnaní s inými druhmi generátorov
Tieto majú minimálnu účinnosť
Minimálne tepelné vlastnosti
Tieto zariadenia potrebujú väčší výstupný odpor

Aplikácie termoelektrických generátorov

Na zvýšenie palivovej výkonnosti automobilov sa väčšinou používa zariadenie TEG. Tieto generátory využívajú teplo, ktoré sa generuje v čase prevádzky vozidla
Seebeck Power Generation sa využíva na zabezpečenie energie pre vesmírnu loď.
Implementované termoelektrické generátory poskytujú energiu pre vzdialené stanice, ako sú poveternostné systémy, reléové siete a ďalšie

Jedná sa teda o podrobný koncept termoelektrických generátorov. Pretože generátory majú veľkú dôležitosť, sú všeobecne široko používané v mnohých aplikáciách v mnohých doménach. Okrem týchto príbuzných konceptov je tu ďalší zreteľne známy ďalší koncept