Το έτος 1821, ένας διάσημος επιστήμονας με το όνομα Johann Seebeck αναβίωσε την ιδέα της θερμικής διαβάθμισης που αναπτύσσεται μεταξύ δύο διαφόρων αγωγών και αυτό μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό. Σε σχέση με το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο, υπάρχει μια έννοια που ονομάζεται κλίση θερμοκρασίας στην αγώγιμη ουσία που παράγει θερμότητα και αυτό το αποτέλεσμα στη διάχυση του φορέα φορτίου. Αυτή η ροή θερμότητας μεταξύ των θερμών και ψυχρών ουσιών που αναπτύχθηκαν Τάση διαφορά. Έτσι, αυτό το σενάριο ανακάλυψε τη θερμοηλεκτρική συσκευή γεννήτρια , και σήμερα, το άρθρο μας αφορά τις λειτουργίες, τα πλεονεκτήματα, τους περιορισμούς και τις σχετικές έννοιες.

Τι είναι η θερμοηλεκτρική γεννήτρια;

Θερμοηλεκτρικό είναι το όνομα που είναι ο συνδυασμός λέξεων ηλεκτρικό και θερμό. Έτσι το όνομα σημαίνει ότι η θερμική αντιστοιχεί στη θερμική ενέργεια και η ηλεκτρική ενέργεια αντιστοιχεί στην ηλεκτρική ενέργεια. Και οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες είναι οι συσκευές που εφαρμόζονται στη μετατροπή της διαφοράς θερμοκρασίας που δημιουργείται μεταξύ των δύο τμημάτων στο ηλεκτρική μορφή ενέργειας . Αυτό είναι το βασικό ορισμός θερμοηλεκτρικής γεννήτριας .

Αυτές οι συσκευές εξαρτώνται από τα θερμοηλεκτρικά εφέ που περιλαμβάνουν διασύνδεση που συμβαίνει μεταξύ ροής θερμότητας και ηλεκτρισμού μέσω στερεών εξαρτημάτων.

Κατασκευή

Οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες είναι οι συσκευές που είναι συστατικά θερμότητας στερεάς κατάστασης κατασκευασμένα από δύο βασικές συνδέσεις που είναι τύπου p και τύπου n. Η διασταύρωση τύπου Ρ έχει αυξημένη συγκέντρωση φορτίου + ve και η διασταύρωση τύπου-ν έχει αυξημένη συγκέντρωση στοιχείων φορτίου -ve.

Οι συνιστώσες τύπου-ρ προσβάλλονται στην κατάσταση για να έχουν πιο θετικούς φορτισμένους φορείς ή οπές παρέχοντας έτσι έναν θετικό συντελεστή Seebeck. Με παρόμοιο τρόπο, τα συστατικά τύπου-ν εμπλουτίζονται για να έχουν πιο αρνητικούς φορτισμένους φορείς, παρέχοντας έτσι έναν αρνητικό τύπο συντελεστή Seeback.

Θερμοηλεκτρική γεννήτρια σε λειτουργία

Με τη διέλευση της ηλεκτρικής σύνδεσης μεταξύ των δύο κόμβων, κάθε θετικά φορτισμένος φορέας κινείται προς τη διασταύρωση και παρόμοια αρνητικά φορτισμένος φορέας κινείται προς τη σύνδεση-p. Στο κατασκευή θερμοηλεκτρικής γεννήτριας , το πιο εφαρμοσμένο στοιχείο είναι το τελειωμένο μόλυβδο.

Είναι το συστατικό που είναι κατασκευασμένο από τελλούριο και μόλυβδο που έχουν ελάχιστες ποσότητες είτε νατρίου είτε βισμούθιου. Εκτός από αυτό, τα άλλα στοιχεία που χρησιμοποιούνται σε αυτήν την κατασκευή συσκευών είναι το σουλφίδιο του βισμούθιου, το τελουριούχο κασσίτερο, το τελουριούχο βισμούθιο, το αρσενίδιο του ινδίου, το τιλουρίδιο του γερμανίου και πολλά άλλα. Με αυτά τα υλικά, σχεδιασμός θερμοηλεκτρικής γεννήτριας μπορεί να γίνει.

Αρχή εργασίας θερμοηλεκτρικής γεννήτριας

ο θερμοηλεκτρική γεννήτρια λειτουργεί εξαρτάται από το Seeback εφέ. Σε αυτό το αποτέλεσμα, ένας βρόχος που σχηματίζεται μεταξύ των δύο διαφόρων μετάλλων δημιουργεί ένα emf όταν οι μεταλλικοί κόμβοι διατηρούνται σε διάφορα επίπεδα θερμοκρασίας. Λόγω αυτού του σεναρίου, αυτά ονομάζονται επίσης ως γεννήτριες ισχύος Seeback. ο διάγραμμα θερμοηλεκτρικής γεννήτριας εμφανίζεται ως:

Διάγραμμα μπλοκ

Μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια περιλαμβάνεται γενικά με μια πηγή θερμότητας που διατηρείται σε υψηλές τιμές θερμοκρασίας και περιλαμβάνεται επίσης μια ψύκτρα. Εδώ, η θερμοκρασία της ψύκτρας πρέπει να είναι μικρότερη από εκείνη της πηγής θερμότητας. Η αλλαγή στις τιμές θερμοκρασίας για την πηγή θερμότητας και την ψύκτρα επιτρέπει το ρεύμα ροής σε ολόκληρο το τμήμα φορτίου.

Σε αυτόν τον τύπο ενεργειακού μετασχηματισμού, δεν υπάρχουν μεταβατικές ενεργειακές μετατροπές παρόμοιες με τους άλλους τύπους μετατροπής ενέργειας. Λόγω αυτού, ονομάζεται άμεσος ενεργειακός μετασχηματισμός. Η παραγόμενη ισχύς λόγω αυτού του εφέ Seeback είναι μονοφασικού DC τύπου και αντιπροσωπεύεται ως I^δύοΡ_μεγάλοόπου το RL αντιστοιχεί στην τιμή αντίστασης στο φορτίο.

Οι τιμές τάσης και ισχύος εξόδου μπορούν να αυξηθούν με δύο τρόπους. Το ένα είναι με την αύξηση της διακύμανσης της θερμοκρασίας που αυξάνεται μεταξύ των καυτών και κρύων άκρων και το άλλο είναι να σχηματίσει μια σειρά σύνδεσης με θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ισχύος.

Η τάση αυτής της συσκευής TEG δίνεται από V = αΔ T,

Όπου το «α» αντιστοιχεί στον συντελεστή Seeback και το «Δ» είναι η διακύμανση της θερμοκρασίας μεταξύ των δύο κόμβων. Με αυτό, η τρέχουσα ροή δίνεται από

I = (V / R + R)_μεγάλο)

Από αυτό, η εξίσωση τάσης είναι

V = αΔΤ / R + R_μεγάλο

Από αυτό, η ροή ισχύος στο τμήμα φορτίου είναι

P στο φορτίο = (αΔT / R + R_μεγάλο)^δύο(Ρ_μεγάλο)

Η βαθμολογία ισχύος είναι περισσότερο όταν το R φτάνει στο R_μεγάλο, έπειτα

Pmax = (αΔΤ)^δύο/ (4R)

Θα υπάρχει ροή ρεύματος μέχρι τη στιγμή που υπάρχει παροχή θερμότητας στην καυτή άκρη και απομάκρυνση της θερμότητας από την ψυχρή άκρη. Και το ανεπτυγμένο ρεύμα είναι σε μορφή DC και μπορεί να μετατραπεί σε τύπο AC μέσω μετατροπείς . Οι τιμές τάσης μπορούν να αυξηθούν περισσότερο μέσω της εφαρμογής μετασχηματιστών.

Αυτό το είδος μετατροπής ενέργειας μπορεί επίσης να είναι αναστρέψιμο όπου η διαδρομή ροής ενέργειας μπορεί να αλλάξει πίσω. Όταν τόσο η ισχύς DC όσο και το φορτίο αφαιρούνται από τις άκρες, τότε η θερμότητα μπορεί απλά να αποσυρθεί από θερμοηλεκτρικές γεννήτριες. Λοιπόν, αυτό είναι το θεωρία θερμοηλεκτρικής γεννήτριας πίσω από την εργασία.

Εξίσωση απόδοσης θερμοηλεκτρικής γεννήτριας

Η απόδοση αυτής της συσκευής αντιπροσωπεύεται ως το ποσοστό της παραγόμενης ισχύος στο τμήμα αντίστασης στο φορτίο προς τη ροή θερμότητας κατά μήκος της αντίστασης φορτίου. Αυτή η αναλογία αντιπροσωπεύεται ως

Απόδοση = (Παραγόμενη ισχύς σε RL) / (Ροή θερμότητας «Q»)

= (Εγώ^δύοΡ_μεγάλο) / Ε

Απόδοση = (αΔΤ / R + R_μεγάλο)^δύο(Ρ_μεγάλο) / Ε

Έτσι μπορεί να υπολογιστεί η απόδοση της θερμοηλεκτρικής γεννήτριας.

Τύποι θερμοηλεκτρικής γεννήτριας

Με βάση το μέγεθος της συσκευής TEG, το είδος της πηγής θερμότητας και την πηγή για την ψύκτρα, την ικανότητα ισχύος και τον σκοπό εφαρμογής, οι TEG ταξινομούνται κυρίως ως τρεις τύποι και αυτοί είναι:

Γεννήτριες ορυκτών καυσίμων
Γεννήτριες με πυρηνικά καύσιμα
Ηλιακός γεννήτριες πηγών

Γεννήτριες ορυκτών καυσίμων

Αυτός ο τύπος γεννήτριας έχει σχεδιαστεί για να χρησιμοποιεί καύσιμα κηροζίνης, φυσικού αερίου, βουτανίου, ξύλου, προπανίου και τζετ ως πηγές θερμότητας. Για εμπορικές εφαρμογές, η ισχύς εξόδου κυμαίνεται από 10-100 watt. Αυτά τα είδη θερμοηλεκτρικών γεννητριών χρησιμοποιούνται σε απομακρυσμένες τοποθεσίες, όπως σε βοηθητικά προγράμματα πλοήγησης, συλλογή πληροφοριών, σε δίκτυα επικοινωνίας και σε καθοδική ασφάλεια, αποφεύγοντας έτσι την ηλεκτρόλυση από την καταστροφή μεταλλικών σωλήνων και θαλάσσιων συστημάτων.

Γεννήτριες με πυρηνικά καύσιμα

Τα αποσυντιθέμενα συστατικά των ραδιενεργών ισοτόπων θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να προσφέρουν αυξημένη πηγή θερμότητας θερμοκρασίας για τις συσκευές TEG. Δεδομένου ότι αυτές οι συσκευές είναι αντίστοιχα ευαίσθητες στις πυρηνικές εκπομπές και το στοιχείο πηγής θερμότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, αυτές οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες με πυρηνικά καύσιμα εφαρμόζονται σε απομακρυσμένες εφαρμογές.

Γεννήτριες ηλιακής πηγής

Οι ηλιακές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες έχουν χρησιμοποιηθεί με λίγα επιτεύγματα για την παροχή ελάχιστου μεγέθους αντλιών άρδευσης σε απομακρυσμένες τοποθεσίες και υποανάπτυκτες περιοχές. Οι ηλιακές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες κατασκευάζονται για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για τροχιά διαστημικού σκάφους.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των θερμοηλεκτρικών γεννητριών

ο πλεονεκτήματα της θερμοηλεκτρικής γεννήτριας είναι:

“φίλτρο χαμηλής διέλευσης χρησιμοποιώντας ενισχυτή op ”

Καθώς όλα τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται σε αυτήν τη συσκευή TEG είναι στερεάς κατάστασης, έχουν βελτιωμένη αξιοπιστία
Η ακραία γκάμα πηγών καυσίμων
Οι συσκευές TEG έχουν κατασκευαστεί για να παρέχουν ισχύ που δεν είναι ελάχιστη από αυτή του mW και μεγαλύτερη από KW, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν τεράστια επεκτασιμότητα
Αυτές είναι συσκευές άμεσης μετατροπής ενέργειας
Λειτουργεί σιωπηλά
Ελάχιστο μέγεθος
Αυτά μπορούν να λειτουργούν ακόμη και σε ακραίες και μηδενικές περιοχές βαρυτικών δυνάμεων

ο μειονεκτήματα της θερμοηλεκτρικής γεννήτριας είναι:

Αυτά είναι λίγο ακριβά σε σύγκριση με άλλα είδη γεννητριών
Αυτά έχουν ελάχιστη απόδοση
Ελάχιστες θερμικές ιδιότητες
Αυτές οι συσκευές χρειάζονται περισσότερη αντίσταση εξόδου

Εφαρμογές θερμοηλεκτρικής γεννήτριας

Για τη βελτίωση της απόδοσης καυσίμου των αυτοκινήτων, η συσκευή TEG χρησιμοποιείται κυρίως. Αυτές οι γεννήτριες χρησιμοποιούν τη θερμότητα που παράγεται κατά τη λειτουργία του οχήματος
Το Seebeck Power Generation χρησιμοποιείται για την παροχή ισχύος για το διαστημικό σκάφος.
Οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες που εφαρμόζονται παρέχουν ισχύ για τους απομακρυσμένους σταθμούς όπως καιρικά συστήματα, δίκτυα ρελέ και άλλα

Αυτό λοιπόν αφορά τη λεπτομερή έννοια των θερμοηλεκτρικών γεννητριών. Συνολικά, καθώς οι γεννήτριες έχουν τεράστια σημασία, χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές εφαρμογές σε πολλούς τομείς. Εκτός από αυτές τις σχετικές έννοιες, η άλλη ιδέα που είναι σαφώς γνωστή εδώ είναι τι είναι