Termoelektrik enerji jeneratörleri nədir?

Termoelektrik enerji jeneratörleri nədir?

Termoelektrik Jeneratörün Tərif

Termoelektrik jeneratör (TEJ) Sibek effektindən istifadə edərək istiqliq enerjisini elektrik enerjisine çevirən cihazdır. Sibek effekti, iki fərqli qonşu və ya qonşuların dövrünün arasında temperatur fərqi varsa, elektrik potensial fərqinin yarandığı bir hadisədir. TEJ-lər heç bir hərəkətli hissəsi olmayan solid vəziyyətdə olan cihazlardır və uzun müddət sessiz və etibarlı şəkildə işləyə bilirlər. TEJ-lər, endüstriy proseslər, avtomobillər, elektrik stansiyaları və hətta insan bedeninin istilik səbəbi ilə yaranan atıq istilikdən istifadə edərək onu faydalı elektrik enerjisine çevirmək üçün istifadə edilə bilər. TEJ-lər, radiyoizotoplar və ya güneş istiliyini istilik mənbəsi kimi istifadə edərək, sensorlar, radyo transmissiyaları və uydular kimi uzaq cihazları enerjiyə yetirə bilər.

İş Prinsipi

Termoelektrik jeneratör iki əsas komponentdən ibarətdir: termoelektrik materiallar və termoelektrik modullar.

Termoelektrik materiallar, temperatur fərqi varsa, elektrik voltajı yaradan Sibek effektini göstərən materiallardır. Onlar iki növə ayrılmışdır: n-növ və p-növ. N-növ materialların artıq elektronları var, p-növ materiallarda isə elektron eksikliyi var. Metal elektrodlarla seriyada birləşdirildikdə, bu materiallar termoelektrik jeneratörün əsas birlik olan termokuplü yaradır.

Termoelektrik modul, elektrik olaraq seriyada və istilik olaraq paraleldə birləşdirilmiş bir çox termokuplü içərdən ibarət bir cihazdır. Termoelektrik modulun iki tərəfi var: isti tərəf və soyuq tərəf. İsti tərəf istilik mənbəsinə, soyuq tərəf isə istilik çöküşüne maraq edildikdə, modulda temperatur fərqi yarana və dairədə akım axmağa başlayır. Bu akım xarici yükü enerjiyə yetirmək və ya batarya zənginləşdirmək üçün istifadə edilə bilər. Termoelektrik modulun voltajı və gücü, termokuplü sayı, temperatur fərqi, Sibek koeffisiyenti və materialların elektrik və istilik direksiyası ilə bağlıdır.

Termoelektrik jeneratörün effektivliyi, istilik girişi olan elektrik gücün nisbətidir. Bu effektivlik, iki temperatur arasında hansısa bir istilik mühərrikinin maksimum mümkün effektivliyi olan Carnot effektivliyi ilə məhdudlaşır. Carnot effektivliyi aşağıdakı kimi təyin olunur:

burada Tc soyuq tərəfin temperaturudur, Th isə isti tərəfin temperaturudur.

Carnot effektivliyinə nisbətən, Joule istiliyi, istilik nəqlü və istilik yayılışı kimi müxtəlif zədələr səbəbindən, termoelektrik jeneratörün faktiki effektivliyi daha aşağıdır. Termoelektrik jeneratörün faktiki effektivliyi, termoelektrik tətbiqlər üçün materialın performansını ölçən boyutsuz parametrdən asılıdır. ZT qiyməti aşağıdakı kimi verilir:

burada α Sibek koeffisiyentidir, σ elektrik direksiyasıdır, κ istilik direksiyasıdır, T isə mutlak temperaturdur.

ZT qiyməti yüksək olarsa, termoelektrik jeneratörün effektivliyi də yüksəkdir. ZT qiyməti, materialların hemçinin özəlliklərinə (elektron və fonon nəqlü) hemçinin qabaqcıl özəlliklərinə (doping səviyyəsi və konfiqurasiya) asılıdır. Termoelektrik material araşdırmalarının məqsədi, yüksək Sibek koeffisiyenti, yüksək elektrik direksiyası və aşağı istilik direksiyası olan materiallar tapmaq və ya dizayn etməkdir, bu da çox vaxt çərçivələnən tələblərdir.

Ümumi Materiallar

• Bismut tellürit (Bi2Te3) və onun allayları

• Qurğac tellürit (PbTe) və onun allayları

• Skutteruditlər

• Yarı-Heusler kompozitləri

Tətbiqlər

• Soyutma cihazları

• Atıq istilikdən enerji istehsalı

• Radiyoizotoplardan enerji istehsalı

 Çətinliklər

• Aşağı effektivlik

• Yüksək qiymət

• Istilik idarə edilməsi

• Sistem inteqrasiyası

Gelinəcək İstiqamətlər

• Yeni növ termoelektrik materiallar

• İleri səviyyəli termoelektrik modullar

• Yenilikçi termoelektrik sistamlar

Nəticə

Termoelektrik jeneratörler, Sibek effektindən istifadə edərək istilik enerjisini elektrik enerjisine çevirmək üçün istifadə edilən cihazlardır. Termoelektrik jeneratörler, kompaktnövlülük, etibarlılıq, sesizlik və direkt çevirmə kimi imkanlarla ənənəvi enerji istehsal metodlarına üstünlük verir. Termoelektrik jeneratörler, soytutma cihazları, atıq istilikdən enerji istehsalı və radiyoizotoplardan enerji istehsalı kimi müxtəlif sahələrdə tətbiq oluna bilər. Amma, praktiki tətbiq üçün, aşağı effektivlik, yüksək qiymət, istilik idarə edilməsi və sistem inteqrasiyası kimi çətinliklər və limitlərlə üzləşirlər. Termoelektrik jeneratör araşdırması və inkişafı üçün gələcək istiqamətlər yeni növ termoelektrik materiallar, ileri səviyyəli termoelektrik modullar və yenilikçi termoelektrik sistamlar daxildir. Termoelektrik jeneratörler, müxtəlif sektorlarda və senaryolarda enerji çevirilməsi və toplanması üçün böyük potensiala malikdir.