Kio estas Termoelektraj Energiogeneriloj?

Kio estas Termoelektraj Elektrogeneriloj?

Difino de Termoelektra Generilo

Termoelektra generilo (TEG) estas aparato, kiu konvertas varmegan energion en elektran energion per la Sebeck-efekto. La Sebeck-efekto estas fenomeno, kiu okazas, kiam ekzistas temperaturo-diferenco inter du malsamaj konduktoroj aŭ cirkvito de konduktoroj, krei elektran potencialan diferoncon. TEG-oj estas solidstataj aparatoj sen moviĝantaj partoj, kiuj povas funkcii silente kaj fidinde longan tempon. TEG-oj povas esti uzitaj por rikolti malutiligan varmon el diversaj fontoj, kiel industria procesoj, aŭtomobiloj, energiejoj, eĉ homa korpo, kaj konverti ĝin al utila elektra energio. TEG-oj ankaŭ povas esti uzitaj por fortaĵi malproksimajn aparatojn, kiel sensoroj, senfilaraj transsendiloj, kaj spaĉveturiloj, uzante radioizotopo aŭ solan varmon kiel varmfonton.

Funkcioprinipo

Termoelektra generilo konsistas el du ĉefaj komponentoj: termoelektraj materialoj kaj termoelektraj moduloj.

Termoelektraj materialoj estas materialoj, kiuj montras la Sebeck-efekton, generante elektran voltan, kiam ekzistas temperaturo-diferenco. Ili estas klasifikitaj en du tipoj: n-tipo kaj p-tipo. N-tipaj materialoj havas plian elektron, dum p-tipaj materialoj mankas elektron. Kiam ili estas konektitaj en serio kun metalaj elektrodoj, tiuj materialoj formas termokopulan, la bazan unuon de termoelektra generilo.

Termoelektra modulo estas aparato, kiu enhavas multajn termokopulojn konektitajn elektrice en serio kaj varme en paralelo. Termoelektra modulo havas du flankojn: varman flankon kaj malvarman flankon. Kiam la varma flanko estas eksponita al varmfonto kaj la malvarma flanko al varmsinko, temperaturo-diferenco estas kreita tra la modulo, kaŭzante fluon de elektra stramo tra la cirkvito. La stramo povas esti uzata por fortaĵi eksteran ŝarĝon aŭ ŝarĝi baterion. La voltago kaj potenco de termoelektra modulo dependas de la nombro de termokopuloj, la temperaturo-diferenco, la Sebeck-koficiento, kaj la elektraj kaj varmaj rezistancoj de la materialoj.

La efikeco de termoelektra generilo estas difinita kiel la rilatumo de elektra potenco eliro al varma enigo. Tiu efikeco estas limigita per la Carnot-efikeco, la maksimuma ebla efikeco por iu ajn varma maŝino inter du temperaturoj. La Carnot-efikeco estas donita per:

kie Tc estas la temperaturo de la malvarma flanko, kaj Th estas la temperaturo de la varma flanko.

La efektiva efikeco de termoelektra generilo estas multe pli malalta ol la Carnot-efikeco pro diversaj perdoj, kiel Joule-varmo, varma konduktado, kaj varma radiado. La efektiva efikeco de termoelektra generilo dependas de la meritfiguro (ZT) de la termoelektraj materialoj, kiu estas dimensie-libera parametro, kiu mezuras la performadon de materialo por termoelektraj aplikoj. La meritfiguro estas donita per:

kie α estas la Sebeck-koficiento, σ estas la elektra kondukiveco, κ estas la varma kondukiveco, kaj T estas la absoluta temperaturo.

Ju pli alta la meritfiguro, des pli alta la efikeco de la termoelektra generilo. La meritfiguro dependas de ambaŭ intrinsekaj ecoj (kiel elektron- kaj fonon-trakso) kaj eksteraj ecoj (kiel dotado-nivelo kaj geometrio) de la materialoj. La celo de termoelektraj materialoj esploro estas trovi aŭ dezegni materialojn, kiuj havas altan Sebeck-koficienton, altan elektran kondukivecon, kaj malaltan varman kondukivecon, kiuj ofte estas konflikto-rekvirataj.

Komunaj Materialoj

• Bismuto tellurido (Bi2Te3) kaj siaj lego

• Plumbo tellurido (PbTe) kaj siaj lego

• Skutteruditoj

• Half-Heusler kompoundoj

Aplikoj

• Refreŝigaj aparatoj

• Energo-generado el malutiliga varmo

• Energo-generado el radioizotopo

 Problemoj

• Malalta efikeco

• Alta kosto

• Varmega administrado

• Sistemo-integrado

Futuraj Direktoj

• Novaj termoelektraj materialoj

• Avancitaj termoelektraj moduloj

• Innovativaj termoelektraj sistemoj

Konkludo

Termoelektraj generiloj estas aparatoj, kiuj povas konverti varmegan energion en elektran energion per la Sebeck-efekto. Termoelektraj generiloj havas multajn avantaĝojn super konvenciaj enerĝo-generado metodoj, kiel kompakteco, fidindeco, silento, kaj rekta konverto. Termoelektraj generiloj havas diversajn aplikojn en malsamaj kampoj, kiel refreŝigaj aparatoj, enerĝo-generado el malutiliga varmo, kaj enerĝo-generado el radioizotopo. Tamen, termoelektraj generiloj ankaŭ frontas iujn problemojn kaj limigojn, kiuj bezonas esti superigitaj por praktika realigo, kiel malalta efikeco, alta kosto, varmega administrado, kaj sistemo-integrado. La futuraj direktoj por termoelektra generilo esplorado kaj disvolvo inkluzivas novajn termoelektrajn materialojn, avancitajn termoelektrajn modulojn, kaj innovativajn termoelektrajn sistemojn. Termoelektraj generiloj havas grandan potentiaon por energo-konverto kaj rikolto-aplikoj en diversaj sektoroj kaj scenaroj.