థర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్లు: సిద్ధాంతాలు, పదార్థాలు మరియు అనువర్తనాలు

టర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్ (TEG) ఒక ప్రణాళిక యొక్క స్వరూపం అది షీబెక్ ప్రభావం ద్వారా ఉష్ణతా శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. షీబెక్ ప్రభావం రెండు వేరువేరు కాండక్టర్లు లేదా కాండక్టర్ల సర్కీట్‌ల మధ్య ఉష్ణతా తేడా ఉంటే ఒక విద్యుత్ పోటెన్షియల్ తేడా ఏర్పడుతుంది. TEGs సోలిడ్-స్టేట్ ప్రణాళికలు, మూవింగ్ పార్ట్లు లేని వాటి, ప్రసంగికంగా మరియు ప్రమాదపు లేకుండా దీర్ఘకాలం పనిచేయవచ్చు. TEGs వివిధ మూలాల నుండి వైఫల్య ఉష్ణతను హర్వెస్ట్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు, ఉదాహరణకు ఔటమాటిక్ ప్రక్రియలు, మోటార్ వాహనాలు, విద్యుత్ పంటలు, మరియు మనిషి వ్యక్తివిధ ఉష్ణత, మరియు దానిని ఉపయోగించే విద్యుత్ మార్చడానికి. TEGs డాటా సెన్సర్లు, వైలెస్ ట్రాన్స్మిటర్లు, మరియు అంతరిక్ష వాహనాలు వంటి దూరంలో ఉన్న ప్రణాళికలను శక్తించడానికి ఉపయోగించవచ్చు, రేడియోఐసోటోప్స్ లేదా సూర్య ఉష్ణత మూలంగా ఉపయోగించడం ద్వారా.

టర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్ ఎలా పనిచేస్తుంది?

టర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్ రెండు ప్రధాన ఘటకాలను కలిగి ఉంటుంది: టర్మోఇలక్ట్రిక్ పదార్థాలు మరియు టర్మోఇలక్ట్రిక్ మాడ్యూల్స్.

టర్మోఇలక్ట్రిక్ పదార్థాలు షీబెక్ ప్రభావం చూపే పదార్థాలు, అంటే వాటిని ఉష్ణతా గ్రేడియంట్ ద్వారా వ్యవహరించినప్పుడు వాటి వోల్టేజ్ ఉత్పత్తి చేస్తాయి. టర్మోఇలక్ట్రిక్ పదార్థాలను n-టైప్ మరియు p-టైప్ రెండు రకాల్లో విభజించవచ్చు. n-టైప్ పదార్థాలు ఇలక్ట్రాన్ల అదనపు ఉంటాయి, p-టైప్ పదార్థాలు ఇలక్ట్రాన్ల కొనసాగించని ఉంటాయి. ఒక n-టైప్ పదార్థం మరియు p-టైప్ పదార్థం మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్స్ ద్వారా సమానంగా కనెక్ట్ చేయబడినప్పుడు, వాటి టర్మోకాప్ల్ ఏర్పడతాయి, ఇది టర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్ యొక్క మూల యూనిట్.

టర్మోఇలక్ట్రిక్ మాడ్యూల్ అనేది ఎక్కువ టర్మోకాప్ల్‌లను విద్యుత్ వాటిని సమానంగా మరియు ఉష్ణతా వాటిని సమానంగా కనెక్ట్ చేయడం ద్వారా ఉంటుంది. టర్మోఇలక్ట్రిక్ మాడ్యూల్ రెండు వైపులా ఉంటుంది: ఉష్ణ వైపు మరియు చల్లటి వైపు. ఉష్ణ వైపును ఉష్ణతా మూలంతో మరియు చల్లటి వైపును ఉష్ణతా సింక్‌తో ఎక్కడైనా వ్యవహరించినప్పుడు, మాడ్యూల్ యొక్క వైపులా ఉష్ణతా తేడా ఏర్పడుతుంది, ఇది సర్కీట్‌లో విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని కలిగి వెళుతుంది. ఈ ప్రవాహం బాహ్య లోడ్‌ను శక్తించడానికి లేదా బ్యాటరీని చార్జ్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు. టర్మోఇలక్ట్రిక్ మాడ్యూల్ యొక్క వోల్టేజ్ మరియు శక్తి ఉత్పత్తి టర్మోకాప్ల్‌ల సంఖ్య, ఉష్ణతా తేడా, షీబెక్ కోఫిషియెంట్, మరియు పదార్థాల విద్యుత్ మరియు ఉష్ణతా రెజిస్టెన్సీస్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది.

టర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్ యొక్క కార్యక్షమత విద్యుత్ శక్తి ఉత్పత్తి మరియు మూలం నుండి వచ్చే ఉష్ణతా ఇన్పుట్ మధ్య నిష్పత్తిగా నిర్వచించబడుతుంది. టర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్ యొక్క కార్యక్షమత కార్నోట్ కార్యక్షమత ద్వారా పరిమితంగా ఉంటుంది, ఇది రెండు ఉష్ణతల మధ్య పనిచేస్తున్న ఏదైనా ఉష్ణతా ఇంజిన్ కోసం సాధ్యమైన గరిష్ఠ కార్యక్షమత. కార్నోట్ కార్యక్షమత ఇలా ఇవ్వబడుతుంది:

ηCarnot=1−ThTc

ఇక్కడ Tc చల్లటి వైపు ఉష్ణత, Th ఉష్ణ వైపు ఉష్ణత.

టర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్ యొక్క నిజమైన కార్యక్షమత కార్నోట్ కార్యక్షమత కంటే తక్కువ ఉంటుంది, ఇది జౌల్ హీటింగ్, ఉష్ణతా కండక్టివిటీ, మరియు ఉష్ణతా వికిరణాల వంటి వివిధ నష్టాల కారణం. టర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్ యొక్క నిజమైన కార్యక్షమత టర్మోఇలక్ట్రిక్ పదార్థాల యొక్క ఫిగర్ ఆఫ్ మెరిట్ (ZT)పై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది ప్రమాణంలో లేని పారామీటర్, ఇది టర్మోఇలక్ట్రిక్ అనువర్తనాలకు పదార్థం యొక్క ప్రదర్శనను కొలుస్తుంది. ఫిగర్ ఆఫ్ మెరిట్ ఇలా ఇవ్వబడుతుంది:

ZT=κα2σT

ఇక్కడ α షీబెక్ కోఫిషియెంట్, σ విద్యుత్ కండక్టివిటీ, κ ఉష్ణతా కండక్టివిటీ, T అపసరించని ఉష్ణత.

ఫిగర్ ఆఫ్ మెరిట్ ఎక్కువ, టర్మోఇలక్ట్రిక్ జనరేటర్ యొక్క కార్యక్షమత ఎక్కువ. ఫిగర్ ఆఫ్ మెరిట్ పదార్థాల యొక్క ఇన్‌ట్రిన్సిక్ ప్రత్యేకతలు (ఉదాహరణకు ఇలక్ట్రాన్ మరియు ఫోనన్ ట్రాన్స్పోర్ట్) మరియు ఎక్స్‌ట్రిన్సిక్ ప్రత్యేకతలు (ఉదాహరణకు డోపింగ్ లెవల్ మరియు జీఓమెట్రీ)పై ఆధారపడి ఉంటుంది. టర్మోఇలక్ట్రిక్ పదార్థాల పరిశోధన లక్ష్యం ఉంటుంది ఎక్కువ షీబెక్ కోఫిషియెంట్, ఎక్కువ విద్యుత్ కండక్టివిటీ, మరియు తక్కువ ఉష్ణతా కండక్టివిటీ కలిగిన పదార్థాలను కనుగొనడం లేదా డిజైన్ చేయడం, ఇవి ప్రామాదికంగా వ్యతిరేక అవసరాలు.

ప్రదానం