V roce 1821 slavný vědec jménem Johann Seebeck oživil koncept tepelného gradientu, který byl vyvinut mezi dvěma různými vodiči a který může generovat elektřinu. Ve vztahu k termoelektrickému jevu existuje koncept nazývaný jako teplotní gradient ve vodivé látce, která produkuje teplo a tento výsledek vede k difúzi nosiče náboje. Tento tepelný tok se vyvíjel mezi horkými a chladnými látkami Napětí rozdíl. Tento scénář tedy objevil zařízení termoelektrické generátor , a dnes je náš článek o jeho fungování, výhodách, omezeních a souvisejících pojmech.

Co je termoelektrický generátor?

Termoelektrický je název, který je kombinací slov elektrický a termo. Název tedy znamená, že termální odpovídá tepelné energii a elektřina odpovídá elektrické energii. A termoelektrické generátory jsou zařízení, která jsou implementována při převodu teplotního rozdílu, který je generován mezi dvěma sekcemi na elektrická forma energie . To je základní definice termoelektrického generátoru .

Tato zařízení jsou závislá na termoelektrických účincích, které zahrnují rozhraní, ke kterému dochází mezi tepelným tokem a elektřinou přes pevné součásti.

Konstrukce

Termoelektrické generátory jsou zařízení, která jsou polovodičovými tepelnými komponentami konstruovanými ze dvou základních spojů, které jsou typu p a typu n. Spojení typu P má zvýšenou koncentraci kladného náboje a spojení typu n má zvýšenou koncentraci prvků s plným nabitím.

Komponenty typu p jsou dotovány ve stavu, aby měly více kladně nabitých nosičů nebo otvorů, což poskytuje pozitivní Seebeckův koeficient. Podobným způsobem jsou složky typu n dotovány tak, aby měly více záporně nabitých nosičů, čímž poskytují záporný typ Seebackova koeficientu.

Termoelektrický generátor pracuje

S průchodem elektrického spojení mezi dvěma křižovatkami se každý kladně nabitý nosič pohybuje do n-křižovatky a podobně záporně nabitý nosič se pohybuje do p-křižovatky. V konstrukce termoelektrického generátoru , nejvíce implementovaným prvkem je tellurid olovnatý.

Jedná se o složku, která je vyrobena z telluru a olova, které mají minimální množství sodíku nebo vizmutu. Kromě toho jsou dalšími prvky, které se používají při konstrukci tohoto zařízení, sulfid bismutitý, telurid cínatý, telurid bismutitý, arsenid india, telurid germania a mnoho dalších. S těmito materiály konstrukce termoelektrického generátoru může být uděláno.

Princip fungování termoelektrického generátoru

The termoelektrický generátor pracuje je závislá na Seeback efektu. V tomto smyslu smyčka, která je vytvořena mezi dvěma různými kovy, generuje emf, když jsou kovové spoje udržovány na různých teplotních úrovních. Vzhledem k tomuto scénáři se také nazývají generátory energie Seeback. The blokové schéma termoelektrického generátoru je zobrazen jako:

Blokové schéma

Termoelektrický generátor je obecně součástí zdroje tepla, který je udržován na vysokých hodnotách teploty, a je také zahrnut chladič. Zde musí být teplota chladiče nižší než teplota zdroje tepla. Změna teplotních hodnot pro zdroj tepla a chladič umožňuje protékající proud napříč zátěžovou částí.

V tomto druhu transformace energie neexistují žádné přechodné energetické přeměny odlišné od ostatních typů přeměny energie. Z tohoto důvodu se nazývá přímá transformace energie. Generovaný výkon kvůli tomuto Seeback efektu je jednofázového stejnosměrného typu a je reprezentován jako I.^dvaR_Lkde RL odpovídá hodnotě odporu při zatížení.

Hodnoty výstupního napětí a výkonu lze zvýšit dvěma způsoby. Jedním z nich je zvyšování teplotních změn, které stoupají mezi horkými a studenými okraji, a druhým je vytvoření sériového spojení s termoelektrickými generátory energie.

Napětí tohoto zařízení TEG je dáno V = αΔ T,

Kde „α“ odpovídá Seebackovu koeficientu a „Δ“ je kolísání teploty mezi dvěma křižovatkami. Tím je tok proudu dán vztahem

I = (V / R + R_L)

Z toho je rovnice napětí

V = αΔT / R + R_L

Z toho je tok energie napříč zátěžovou částí

P při zatížení = (αΔT / R + R_L)^dva(R._L)

Jmenovitý výkon je vyšší, když R dosáhne R_L, pak

Pmax = (αΔT)^dva/ (4R)

Proud bude proudit až do doby, kdy dojde k přívodu tepla do horké hrany a odvodu tepla ze studené hrany. A vyvinutý proud je ve stejnosměrné formě a může být transformován do typu AC střídače . Hodnoty napětí lze více zvýšit implementací transformátorů.

Tento druh přeměny energie může být také reverzibilní, kde lze cestu zpětného toku energie změnit zpět. Když se z okrajů odstraní jak stejnosměrný výkon, tak zátěž, pak lze teplo jednoduše odebírat z termoelektrických generátorů. Toto je teorie termoelektrického generátoru za prací.

Rovnice účinnosti termoelektrického generátoru

Účinnost tohoto zařízení je reprezentována jako podíl generované energie v rezistoru v zátěžové sekci na toku tepla přes zátěžový rezistor. Tento poměr je vyjádřen jako

Účinnost = (generovaný výkon při RL) / (tepelný tok „Q“)

= (Já^dvaR_L) / Q

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

Takto lze vypočítat účinnost termoelektrického generátoru.

Typy termoelektrických generátorů

Na základě velikosti zařízení TEG, druhu zdroje tepla a zdroje pro chladič, schopnosti napájení a účelu použití jsou TEG klasifikovány hlavně jako tři typy a to jsou:

Generátory fosilních paliv
Jaderné generátory
Sluneční zdrojové generátory

Generátory fosilního paliva

Tento typ generátoru je navržen tak, aby jako zdroje tepla využíval petrolej, zemní plyn, butan, dřevo, propan a trysková paliva. U komerčních aplikací se výstupní výkon pohybuje od 10 do 100 W. Tyto druhy termoelektrických generátorů se používají na vzdálených místech, jako jsou navigační asistence, sběr informací, komunikační sítě a katodická bezpečnost, čímž se zabrání tomu, aby elektrolýza zničila kovové potrubí a námořní systémy.

Jaderné generátory

Rozložené složky radioaktivních izotopů mohou být použity k nabídce zdroje tepla se zvýšenou teplotou pro zařízení TEG. Protože tato zařízení jsou odpovídajícím způsobem citlivá na jaderné emise a prvek zdroje tepla lze používat po dlouhou dobu, používají se tyto termoelektrické generátory využívající jaderné palivo ve vzdálených aplikacích.

Generátory solárních zdrojů

Solární termoelektrické generátory byly použity s několika úspěchy k zajištění minimálního výkonu zavlažovacích čerpadel ve vzdálených lokalitách a v málo rozvinutých oblastech. Solární termoelektrické generátory jsou konstruovány tak, aby dodávaly elektrickou energii pro obíhání kosmických lodí.

Výhody a nevýhody termoelektrických generátorů

The výhody termoelektrického generátoru jsou:

“co os používá Android ”

Protože všechny komponenty použité v tomto zařízení TEG jsou polovodičové, mají zvýšenou spolehlivost
Extrémní rozsah zdrojů paliva
Zařízení TEG jsou konstruována tak, aby poskytovala výkon, který není minimální než mW a větší než KW, což znamená, že mají obrovskou škálovatelnost
Jedná se o zařízení pro přímou přeměnu energie
Potichu ovládaný
Minimální velikost
Mohou fungovat i při extrémním a nulovém rozsahu gravitačních sil

The nevýhody termoelektrického generátoru jsou:

Ty jsou ve srovnání s jinými druhy generátorů trochu drahé
Mají minimální účinnost
Minimální tepelné vlastnosti
Tato zařízení vyžadují větší výstupní odpor

Aplikace termoelektrických generátorů

Pro zvýšení palivové výkonnosti automobilů se většinou používá zařízení TEG. Tyto generátory využívají teplo, které vzniká v době provozu vozidla
Seebeck Power Generation se využívá k zajištění energie pro kosmickou loď.
Implementované termoelektrické generátory poskytují energii pro vzdálené stanice, jako jsou meteorologické systémy, reléové sítě a další

Jedná se tedy o podrobný koncept termoelektrických generátorů. Jako celek mají generátory obrovskou důležitost, jsou široce používány v mnoha aplikacích napříč mnoha doménami. Kromě těchto souvisejících konceptů je zde další jasně známý koncept