Unsa ang mga Thermoelectric Power Generators?

Ano ang Thermoelectric Power Generators?

Pahayag ng Thermoelectric Generator

Ang thermoelectric generator (TEG) ay isang aparato na nagsasalin ng enerhiyang init sa elektrikong enerhiya gamit ang Seebeck effect. Ang Seebeck effect ay isang pangyayari kung saan kapag may pagkakaiba sa temperatura sa dalawang iba't ibang konduktor o sirkwito ng mga konduktor, lumilikha ito ng electric potential difference. Ang mga TEG ay solid-state devices na walang galaw na bahagi at maaaring mag-operate nang tahimik at maasahan sa mahabang panahon. Maaaring gamitin ang mga TEG upang makolekta ang basurang init mula sa iba't ibang pinagmulan, tulad ng industriyal na proseso, kotse, power plants, at pati na rin ang init ng katawan ng tao, at isalin ito sa mapagkakamit na kuryente. Maaari ring gamitin ang mga TEG upang pumatakbo ng malayo na mga aparato, tulad ng sensors, wireless transmitters, at spacecraft, gamit ang radioisotopes o solar heat bilang pinagmumulan ng init.

Prinsipyong Paggana

Ang thermoelectric generator ay binubuo ng dalawang pangunahing komponente: thermoelectric materials at thermoelectric modules.

Ang mga thermoelectric materials ay mga materyales na nagpapakita ng Seebeck effect, naglalabas ng electric voltage kapag may pagkakaiba sa temperatura. Ito ay nakaklase sa dalawang uri: n-type at p-type. Ang mga n-type materials ay may extra electrons, samantalang ang p-type materials ay kulang ng electrons. Kapag konektado sa serye kasama ang metal electrodes, ang mga materyales na ito ay bumubuo ng thermocouple, ang basic unit ng thermoelectric generator.

Ang thermoelectric module ay isang aparato na may maraming thermocouples na konektado electrically in series at thermally in parallel. Ang isang thermoelectric module ay may dalawang gilid: hot side at cold side. Kapag ang hot side ay nasa ilalim ng pinagmulan ng init at ang cold side ay nasa ilalim ng heat sink, lumilikha ng pagkakaiba sa temperatura sa buong module, nagiging sanhi ito ng pag-flow ng current sa circuit. Ang current ay maaaring gamitin upang pumatakbo ng external load o i-charge ang battery. Ang voltage at power output ng thermoelectric module ay depende sa bilang ng thermocouples, ang pagkakaiba ng temperatura, ang Seebeck coefficient, at ang electrical at thermal resistances ng mga materyales.

Ang epektibidad ng thermoelectric generator ay inilalarawan bilang ang ratio ng electrical power output sa heat input. Ang epektibidad na ito ay limitado ng Carnot efficiency, ang maximum possible efficiency para sa anumang heat engine sa pagitan ng dalawang temperatura. Ang Carnot efficiency ay ibinibigay ng:

kung saan ang Tc ay ang temperatura ng cold side, at Th ay ang temperatura ng hot side.

Ang aktwal na epektibidad ng thermoelectric generator ay mas mababa kaysa sa Carnot efficiency dahil sa iba't ibang pagkawala tulad ng Joule heating, thermal conduction, at thermal radiation. Ang aktwal na epektibidad ng thermoelectric generator ay depende sa figure of merit (ZT) ng thermoelectric materials, na isang dimensionless parameter na sumusukat ng performance ng isang materyal para sa thermoelectric applications. Ang figure of merit ay ibinibigay ng:

kung saan ang α ay ang Seebeck coefficient, σ ay ang electrical conductivity, κ ay ang thermal conductivity, at T ay ang absolute temperature.

Ang mas mataas na figure of merit, mas mataas ang epektibidad ng thermoelectric generator. Ang figure of merit ay depende sa parehong intrinsic properties (tulad ng electron at phonon transport) at extrinsic properties (tulad ng doping level at geometry) ng mga materyales. Ang layunin ng thermoelectric materials research ay makahanap o magdisenyo ng mga materyales na may mataas na Seebeck coefficient, mataas na electrical conductivity, at mababang thermal conductivity, na madalas magkalabasan ang mga requirement na ito.

Karakteristiko ng Materyales

• Bismuth telluride (Bi2Te3) at ang mga alloys nito

• Lead telluride (PbTe) at ang mga alloys nito

• Skutterudites

• Half-Heusler compounds

Mga Application

• Cooling devices

• Power generation mula sa waste heat

• Power generation mula sa radioisotopes

 Mga Hamon

• Mababang epektibidad

• Mataas na gastos

• Thermal management

• System integration

Mga Direksyon sa Kinabukasan

• Bagong thermoelectric materials

• Advanced thermoelectric modules

• Innovative thermoelectric systems

Pagschluss

Ang mga thermoelectric generators ay mga aparato na maaaring isalin ang enerhiyang init sa elektrikong enerhiya gamit ang Seebeck effect. Ang mga thermoelectric generators ay may maraming mga benepisyo sa paghahambing sa conventional power generation methods, tulad ng compactness, reliability, noiselessness, at direct conversion. Ang mga thermoelectric generators ay may iba't ibang application sa iba't ibang larangan, tulad ng cooling devices, power generation mula sa waste heat, at power generation mula sa radioisotopes. Gayunpaman, ang mga thermoelectric generators ay mayroon ding mga hamon at limitasyon na kailangang lunasan para sa praktikal na pag-implement, tulad ng mababang epektibidad, mataas na gastos, thermal management, at system integration. Ang mga direksyon sa kinabukasan para sa thermoelectric generator research at development ay kasama ang bagong thermoelectric materials, advanced thermoelectric modules, at innovative thermoelectric systems. May malaking potensyal ang mga thermoelectric generators para sa energy conversion at harvesting applications sa iba't ibang sektor at scenario.