Mis on termoelektrilised elektritootjad?

Mis on termoelektrilised elektrijaamad?

Termoelektrilise elektrijaama definitsioon

Termoelektriline elektrijaam (TEG) on seade, mis teisendab soojuseenergiat elektrikuvaks kasutades Seebecki efekti. Seebecki efekt on nähtus, mis tekib kui kahe erineva joonte või jooneringi vahel on temperatuurierinevus, mis tekitab elektrilise pingevahetiku. TEG-d on tahvliseadmed, millel ei ole liikuvaid osi ja need saavad tõhusalt ja usaldusväärselt töötada pikka aega. TEG-deid saab kasutada mitmesuguste allikate, nagu tööstuslikud protsessid, sõidukid, elektrijaamad ja isegi inimese keha soojuse, jäteksoojuse korjamineks ja selleks, et teha sellest kasutatav elekter. TEG-deid saab kasutada ka eemal asuvate seadmete, nagu andurite, lõnglikkide ja kosmoselaevade, toimetamiseks, kasutades radioaktiivset materjali või päikese soojust soojuseallikana.

Tööpõhimõte

Termoelektriline elektrijaam koosneb kahest peamisest komponendist: termoelektrilistest materjalidest ja termoelektrilistest moodulitest.

Termoelektrilised materjalid on materjalid, mis näitavad Seebecki efekti, luues elektrilist pinget, kui on olemas temperatuurierinevus. Need on klassifitseeritud kahte tüüpi: n-tyypi ja p-tyypi. N-tyypi materjalidel on üleliigne elektronide arv, samas kui p-tyypi materjalidel puudub elektronide. Kui need materjalid on ühendatud sarireostena metallsete elektroodidega, moodustavad nad termopaari, mis on termoelektrilise elektrijaama baaselement.

Termoelektriline moodul on seade, mis sisaldab palju termopaare, mis on ühendatud elektriliselt sarireostena ja soojuslikult paralleelselt. Termoelektrilisel moodulil on kaks külgd: kuuma külg ja külm külg. Kui kuuma külg on eksponneeritud soojuseallikale ja külm külg soojuseviimale, siis moodul läbi tekib temperatuurierinevus, mis põhjustab voolu ringis. Voolu saab kasutada välise laadi või akulaataja toimetamiseks. Termoelektrilise mooduli pingeval ja võimsusal sõltub termopaaride arvust, temperatuurierinevusest, Seebecki kordajast ja materjalide elektrilisest ning soojuslikust vastusest.

Termoelektrilise elektrijaama tõhusus defineeritakse kui elektrikuvast suhet soojuseenergia sisendiga. See tõhusus on piiratud Carnoti tõhususega, mis on maksimaalne võimalik tõhusus igas soojusmasinas kahe temperatuuri vahel. Carnoti tõhusus on antud:

kus Tc on külmkülg, ja Th on kuumkülg.

Termoelektrilise elektrijaama tegelik tõhusus on palju madalam kui Carnoti tõhusus, kuna erinevad kahjustused, nagu Jouleni soojenemine, soojusjuhtivus ja soojuskiirgus. Termoelektrilise elektrijaama tegelik tõhusus sõltub termoelektriliste materjalide ZT-kaalu (tõhususe mõõt) sõltub, mis on mittesuurusega parameeter, mis mõõdab materjali soovitatavust termoelektrilisteks rakendusteks. ZT-kaal on antud:

kus α on Seebecki kordaja, σ on elektrijuhtivus, κ on soojusjuhtivus ja T on absoluutne temperatuur.

Mida suurem on ZT-kaal, seda suurem on termoelektrilise elektrijaama tõhusus. ZT-kaal sõltub nii intriinsed omadused (nagu elektronide ja fonoonide transport) kui ka ekstriinsed omadused (nagu dopantide taseme ja geomeetria). Termoelektriliste materjalide uurimise eesmärk on leida või disainida materjale, millel on kõrge Seebecki kordaja, kõrge elektrijuhtivus ja madal soojusjuhtivus, mis on sageli konflikteerivad nõuded.

Levinud materjalid

• Bismuuttelluuriid (Bi2Te3) ja selle lehmikud

• Väetelluuriid (PbTe) ja selle lehmikud

• Skutterüüdid

• Half-Heusleri kompleksid

Rakendused

• Jahutussaadused

• Elektri tootmine jäteksoojusest

• Elektri tootmine radioaktiivsetest isotopidest

 Raskused

• Madal tõhusus

• Kõrge hind

• Soojuse haldus

• Süsteemi integreerimine

Tulevased suunad

• Uued termoelektrilised materjalid

• Edasijõudnud termoelektrilised moodulid

• Innovatiivsed termoelektrilised süsteemid

Lõpetus

Termoelektrilised elektrijaamad on seadmed, mis saavad teisendada soojuseenergiat elektrikuvaks kasutades Seebecki efekti. Termoelektrilised elektrijaamad omavad palju eelistusi traditsiooniliste elektritootmise meetoditega võrreldes, nagu kompaktsus, usaldusväärsus, vaikus ja otsemine teisendus. Termoelektrilised elektrijaamad omavad erinevates valdkondades mitmeid rakendusi, nagu jahutussaadused, elektri tootmine jäteksoojusest ja elektri tootmine radioaktiivsetest isotopidest. Siiski seisavad termoelektrilised elektrijaamad silmitsi ka mõnedega väljakutsetega ja piirangutega, mida tuleb praktika rakendamiseks ületada, nagu madal tõhusus, kõrge hind, soojuse haldus ja süsteemi integreerimine. Termoelektriliste elektrijaamade uurimise ja arendamise tulevased suunad hõlmavad uute termoelektriliste materjalide, edasijõudnud termoelektriliste moodulite ja innovatiivsete termoelektriliste süsteemide. Termoelektrilised elektrijaamad omavad suurt potentsiaali energia teisendamiseks ja korjamiseks erinevates sektorites ja stsenaariumides.