Vytvoření obvodu termoelektrického generátoru (TEG)

Termoelektrický generátor (TEG) je druh „zařízení s volnou energií“, které má vlastnost převod teploty na elektřinu . V tomto příspěvku se o tomto konceptu dozvídáme něco málo a zjistíme, jak jej můžeme použít k výrobě elektřiny z tepla a chladu.

Co je TEG

V jednom z mých dřívějších článků jsem již vysvětlil podobný koncept týkající se jak vyrobit malou ledničku pomocí zařízení Peltier

Peltierovo zařízení je také v podstatě TEG určený pro výrobu elektřiny z rozdílu teplot. Termoelektrické zařízení je velmi podobné a termočlánek Rozdíl je pouze ve složení obou protějšků.

V TEG se pro tento účel používají dva různé polovodičové materiály (p-n), zatímco termočlánek pracuje se dvěma odlišnými kovy pro stejný účel, ačkoli termočlánek může vyžadovat podstatně větší teplotní rozdíl ve srovnání s menší verzí TEG.

Efekt, známý také jako Seebeckův efekt, umožňuje zařízení TEG inicializovat výrobu elektřiny, když je vystaven rozdílu teplot napříč svými převrácenými stranami. K tomu dochází kvůli speciálně nakonfigurované vnitřní struktuře zařízení, které pro proces využívá několik dopovaných p a n polovodičů.

Seebeckův efekt

Podle Seebeckova principu, když jsou dva polovodičové materiály vystaveny dvěma extrémním teplotním úrovním, iniciuje pohyb elektronů přes p-n křižovatku, což vede k vývoji potenciálního rozdílu napříč vnějšími svorkami materiálů.

Ačkoli se tento koncept jeví jako úžasný, všechny dobré věci přicházejí s inherentní nevýhodou a v tomto smyslu je také ten, který jej činí relativně neefektivním.

Potřeba extrémního rozdílu teplot na obou jeho stranách se stává nejobtížnější částí systému, protože zahřátí jedné ze stran také znamená, že by se zahřívala i druhá strana, což by nakonec vedlo k nulové elektřině a poškození zařízení TEG.

Aby byla zajištěna optimální odezva a pro zahájení toku elektronů, musí být jeden polovodičový materiál uvnitř TEG horký a současně musí být druhý polovodič udržován stranou od tohoto tepla zajištěním správného chlazení z opačné strany. Tato kritičnost činí koncept trochu neohrabaným a neefektivním.

Koncept TEG je nicméně něco, co je exkluzivní a neproveditelné s použitím jakéhokoli jiného systému, a díky jeho jedinečnosti je tento koncept velmi zajímavý a stojí za to s ním experimentovat.

TEG obvod využívající usměrňovací diody

Snažil jsem se navrhnout obvod TEG pomocí běžných diod, i když si nejsem jistý, zda to bude fungovat, nebo ne, doufám, že z tohoto nastavení lze dosáhnout pozitivních výsledků a má prostor pro zlepšení.

S odkazem na obrázky můžeme být svědky jednoduché sestavy diod upnuté heasinkami. Diody jsou diody typu 6A4, vybral jsem tyto větší diody, abych získal větší povrch a lepší rychlost vedení.

Dioda 6A4

Jednoduchý výše uvedený obvod termoelektrického generátoru by mohl být případně použit pro výrobu elektřiny z odpadního tepla vhodným použitím požadovaných stupňů rozdílu tepla napříč uvedenými tepelně vodivými deskami.

Obrázek na pravé straně ukazuje mnoho diod zapojených do sériových paralelních zapojení pro dosažení vyšší účinnosti a úměrně vyšší akumulace rozdílu potenciálu na výstupu.

Proč používat diodu pro výrobu TEG

Předpokládal jsem, že diody budou pro tuto aplikaci fungovat, protože diody jsou základní polovodičové jednotky skládající se z a dopovaný p-n materiál vložený do jejich dvou zakončovacích vodičů .

To také znamená, že oba konce jsou konkrétně složeny z různých materiálů, což usnadňuje snazší aplikaci teploty odděleně od obou protilehlých konců.

Mnoho takových modulů by mohlo být postaveno a spojeno do série paralelních kombinací pro dosažení vyšších konverzních poměrů a tato aplikace by mohla být implementována také pomocí solárního tepla. Strany, kterou je třeba ochladit, lze dosáhnout chlazením vzduchem nebo vylepšením chlazení odpařovacím vzduchem z atmosféry pro zvýšení míry účinnosti.