Ano ang mga Thermoelectric Power Generators?
Ano ang mga Thermoelectric Power Generators?
Pangungusap 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 na nangyayari kapag may pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng dalawang iba't ibang konduktor o circuit ng mga konduktor, na naglilikha ng electric potential difference. Ang mga TEG ay solid-state devices na walang kilokilo at maaaring tumayo ng tahimik at maasahan para sa mahabang panahon. Maaaring gamitin ang mga TEG upang makolekta ang basurang init mula sa iba't ibang pinagmulan, tulad ng industriyal na proseso, mga sasakyan, power plants, at kahit pa ang init ng katawan ng tao, at isalin ito sa magagamit na kuryente. Maaari ring gamitin ang mga TEG upang pumwersa ang mga malalayong aparato, tulad ng mga sensor, wireless transmitters, at spacecraft, gamit ang radioisotopes o solar heat bilang pinagmulan ng init.
Prinsipyo ng 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, naglilikha ng electric voltage kapag may pagkakaiba ng temperatura. Ito ay nakaklasipiko 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 series sa metal electrodes, ang mga materyales na ito ay bumubuo ng thermocouple, ang basic unit ng thermoelectric generator.
Ang thermoelectric module ay isang aparato na naglalaman ng maraming thermocouples na konektado electrically in series at thermally in parallel. Ang thermoelectric module ay may dalawang gilid: ang mainit na gilid at ang malamig na gilid. Kapag ang mainit na gilid ay naexpose sa pinagmulan ng init at ang malamig na gilid ay naexpose sa heat sink, lumilikha ng pagkakaiba ng temperatura sa buong module, nagdudulot ng pagtakbo ng current sa circuit. Ang current ay maaaring gamitin upang pumwersa ang external load o kargahan 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 epektividad ng thermoelectric generator ay inilalarawan bilang ang ratio ng electrical power output sa heat input. 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 malamig na gilid, at Th ay ang temperatura ng mainit na gilid.
Ang aktwal na epektividad 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 epektividad ng thermoelectric generator ay depende sa figure of merit (ZT) ng thermoelectric materials, na isang dimensionless parameter na sumusukat sa performance ng 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 ang figure of merit, mas mataas ang epektividad 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 research sa thermoelectric materials ay makahanap o magdisenyo ng mga materyales na may mataas na Seebeck coefficient, mataas na electrical conductivity, at mababang thermal conductivity, na kadalasang magkakalaban na mga requirement.
Karaniwang Materyales
Bismuth telluride (Bi2Te3) at ang mga alloy nito
Lead telluride (PbTe) at ang mga alloy nito
Skutterudites
Half-Heusler compounds
Mga Application
Mga cooling devices
Power generation mula sa basurang init
Power generation mula sa radioisotopes
Hamon
Mababang epektividad
Mataas na gastos
Thermal management
System integration
Mga Direksyon sa Hinaharap
Bagong thermoelectric materials
Advanced thermoelectric modules
Innovative thermoelectric systems
Kakulangan
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 abilidad sa halip na 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 field, tulad ng cooling devices, power generation mula sa basurang init, at power generation mula sa radioisotopes. Gayunpaman, ang mga thermoelectric generators ay din nararanasan ang ilang hamon at limitasyon na kailangan lunasan para sa praktikal na paggamit, tulad ng mababang epektividad, mataas na gastos, thermal management, at system integration. Ang mga direksyon sa hinaharap para sa research at development ng thermoelectric generator ay kasama ang bagong thermoelectric materials, advanced thermoelectric modules, at innovative thermoelectric systems. Ang mga thermoelectric generators ay may malaking potensyal para sa energy conversion at harvesting applications sa iba't ibang sektor at scenario.
