Zein dira Termoelektrikoak Elektrizitatea Sortzeko?
Zer da Termoelektriko Indar Generatzaileak?
Termoelektriko Generatzailearen Definizioa
Termoelektriko generatzaile bat (TEG) Seebeck efektua erabiliz bero-energiari elektrikoa bihurtzen dioen gailu bat da. Seebeck efektua, bi konduktore ezberdinen edo konduktore zirkuitu baten artean tenperatura-desbideratze bat dagoenean gertatzen den fenomenoa da, elektro-indarraren desbideratzea sortzen duena. TEGek ez dute mugitzen den ezerrik, eta luzezko denboraz silentsiarrez eta fidagarritasun handiz funtzionatzeko ahalmena dute. TEGek industria-prozesuetako, automobiletako, indar-generamenduko edota giza gorputzoko bero-hondakinak bilatzen dituzte, eta horietatik energia elektrikorako erabiltzeko. TEGek radioisotopo edo eguzki-beroren bidez emaniko beroa erabiliz, antolagai hurbilgarrak, adibidez sensoriak, transmitagailu irekien edo espazio-naveak sustatzeko ere erabil daitezke.
Funtsezko Oinarrizko Printzipioa
Termoelektriko generatzaile bat bi osagai nagusi ditu: termoelektriko materialak eta termoelektriko moduluk.
Termoelektriko materialak Seebeck efektua erakusten duten materialak dira, tenperatura-desbideratze batean dagoenean elektro-indarra sortzen dutenak. Bi motatakoak dira: n-mota eta p-mota. N-motako materialak elektron gehigarri dituzte, p-motako materialak aldiz elektron gutxiago. Metaliko elektrodokon lotuta, material hauek termoparea osatzen dute, termoelektriko generatzailearen unitate osoa.
Termoelektriko modulu bat asko termopare elektrikoki seriean eta termikoki paraleloan konektatuta dituen gailu bat da. Termoelektriko modulu batek bi alde ditu: alde hota eta alde colda. Alde hota bero-itzulgarri bati eta alde colda bero-kaltegarri bati ekarrita, moduluaren zeharka tenperatura-desbideratze bat sortzen da, eta kurrentea zirkuituan ibiltzen hasten da. Kurrente hau kanpoko karga bat sostatzeko edo bateria bat kargatzeko erabil daiteke. Termoelektriko modulu baten tensioa eta indar-elektrokia termopare kopurua, tenperatura-desbideratzea, Seebeck koefizientea, eta materialen indar-elektriko eta termiko erresistentziarekin datorrela.
Termoelektriko generatzaile baten efizientzia indar-elektro-emaitza eta bero-sarrera arteko arrazoia bezala definitzen da. Efizientzia honek Carnot efizientzia dela limitatzen du, edozein bero-motorrearentzat bi tenperaturan posible den gehieneko efizientzia. Carnot efizientzia hau formula honen bidez ematen da:
non Tc alde coldaren tenperatura den, eta Th alde hotaren tenperatura den.
Errealitatean, termoelektriko generatzaile baten efizientzia Carnot efizientziatik askoz txikiagoa da Joule-en kalorerako, bero-iradokitzaileko eta bero-irradiazio-rendimenduak diren galerei esker. Termoelektriko generatzaile baten efizientzia erreala material termoelektrikoetako meritu-konfigurazioaren (ZT) mendean dago, material baten termoelektriko aplikazioetarako prestaskuntza neurrizuna. Meritu-konfigurazioa formula honen bidez ematen da:
non α Seebeck koefizientea, σ indar-elektriko indarrasuna, κ bero-iradokitzaile indarrasuna, eta T tenperatura absolutua diren.
Meritu-konfigurazioa altuagoa denean, termoelektriko generatzaile baten efizientzia altuagoa izango da. Meritu-konfigurazioak materialen ezaugarri intrinsikoak (elektron eta phonon transporta) eta ekstrinsikoak (dotazio maila eta geometria) ditu. Termoelektriko materialen ikerketaren helburua Seebeck koefiziente handiko, indar-elektriko indarrasuna handiko, eta bero-iradokitzaile indarrasuna txikioko materialak aurkitzea edo diseinatzea da, aurretik aipatutako eskualdeak behinbihar erantzunak dira.
Material Arrunta
Bismuto telluridoa (Bi2Te3) eta bere aleazioak
Plomo telluridoa (PbTe) eta bere aleazioak
Skutterudites
Half-Heusler konposatuak
Aplikazioak
Saregileak
Hondakin-beroetik indar sortzea
Radioisotopetatik indar sortzea
Arazoak
Efizientzia baxua
Kostu altua
Bero-kudeaketa
Sistema integrazioa
Lehenengo Norabideak
Termoelektriko material berriak
Termoelektriko modulu aurreratua
Termoelektriko sistema berriak
Klasea
Termoelektriko generatzaileak Seebeck efektua erabiliz bero-energiari elektrikoa bihurtzen die. Termoelektriko generatzaileek beste indar-sortze metodo tradizionalen aurretik zenbatu daitezkeen avantazio asko dituzte, kompakttutasuna, fidagaritasuna, soramaeztasuna eta bihurketa zuzena barne. Termoelektriko generatzaileek saregileetan, hondakin-beroetik indar sortzean, eta radioisotopetatik indar sortzean aplikazio ugari dituzte. Hala ere, termoelektriko generatzaileek praktikan erabili ahal izateko gainditu behar dituzten arazo eta murrizketak dituzte, efizientzia baxua, kostu altua, bero-kudeaketa, eta sistema integrazioa barne. Termoelektriko generatzaile ikerketa eta garapenaren lehenengo norabideak material berriak, modulu aurreratuak, eta sistema berriak dira. Termoelektriko generatzaileek indar-bihurketa eta energiaren hondakin prozesuetan aplikazio handiak dituzte alor ugari eta egoeretan.
