Ինչ են Թերմոէլեկտրական Էլեկտրաստացիոն Գեներատորները

Ինչ են թերմոէլեկտրական էլեկտրաստանային գեներատորները?

Թերմոէլեկտրական գեներատորի սահմանումը

Թերմոէլեկտրական գեներատորը (TEG) սարք է, որը օգտագործում է Սեբեկի էֆեկտը ջերմային էներգիան էլեկտրական էներգիայի փոխակեցման համար։ Սեբեկի էֆեկտը պատահում է, երբ երկու տարբեր հաղորդիչների կամ հաղորդիչների շղթայի միջև գոյություն ունի ջերմաստիճանի տարբերություն, որը ստեղծում է էլեկտրական պոտենցիալի տարբերություն։ TEG-ները պինդ վիճակի սարքեր են, որոնք չունեն շարժվող մասեր և կարող են աշխատել լայն ժամկետով անարգել և վստահ։ TEG-ները կարող են օգտագործվել տարբեր աղբյուրներից առաջացած թերթ ջերմության հավաքագրման համար, ինչպիսիք են պարզագույն պրոցեսները, ավտոմոբիլները, էլեկտրակայանները և նույնիսկ մարդկային մարմնի ջերմությունը, և փոխակեցնել դրանք օգտակար էլեկտրական էներգիայի։ TEG-ները կարող են օգտագործվել հեռաց սարքերի էլեկտրական էներգիայի համար, ինչպիսիք են սենսորները, անցումները և տիեզերակայան արձանագրությունները, օգտագործելով ռադիոիզոտոպներ կամ արևի ջերմություն որպես ջերմաստիճանի աղբյուր։

Աշխատանքի սկզբունքը

Թերմոէլեկտրական գեներատորը բաղկացած է երկու հիմնական կազմակերպություններից. թերմոէլեկտրական նյութեր և թերմոէլեկտրական մոդուլներ։

Թերմոէլեկտրական նյութերը նյութեր են, որոնք ցուցադրում են Սեբեկի էֆեկտը, ստեղծելով էլեկտրական լարում, երբ գոյություն ունի ջերմաստիճանի տարբերություն։ Նրանք դասակարգվում են երկու տիպի. n-տիպ և p-տիպ։ N-տիպ նյութերը ունեն լրացուցիչ էլեկտրոններ, իսկ p-տիպ նյութերը կրկնում են էլեկտրոններ։ Երբ նրանք միացվում են շարունակական մետաղային էլեկտրոդների հետ, այդ նյութերը կազմում են թերմոկուպլը, որը թերմոէլեկտրական գեներատորի հիմնական միավորն է։

Թերմոէլեկտրական մոդուլը սարք է, որը պարունակում է շատ թերմոկուպլեր, որոնք էլեկտրականորեն միացված են շարունակական և ջերմային զուգահեռ։ Թերմոէլեկտրական մոդուլը ունի երկու կողմ. տաք կողմ և սառույց կողմ։ Երբ տաք կողմը ներկայացվում է ջերմաստիճանի աղբյուրի դիմաց և սառույց կողմը ներկայացվում է ջերմության սնդիրի դիմաց, մոդուլի վրա ստեղծվում է ջերմաստիճանի տարբերություն, որը առաջացնում է հոսանքը շղթայում հոսել։ Հոսանքը կարող է օգտագործվել էքստերնալ բեռի էլեկտրական էներգիայի համար կամ բատարիայի լադում։ Թերմոէլեկտրական մոդուլի լարումը և էլեկտրական էներգիան կախված են թերմոկուպլերների քանակից, ջերմաստիճանի տարբերությունից, Սեբեկի գործակցից և նյութերի էլեկտրական և ջերմային դիմադրությունից։

Թերմոէլեկտրական գեներատորի էֆեկտիվությունը սահմանվում է էլեկտրական էներգիայի արտալիցի հարաբերությամբ ջերմաստիճանի մուտքին։ Այս էֆեկտիվությունը սահմանափակվում է Կառնոտի էֆեկտիվությամբ, որը երկու ջերմաստիճանների միջև ցանկացած ջերմային մեքենայի առավելագույն հնարավոր էֆեկտիվությունն է։ Կառնոտի էֆեկտիվությունը տրվում է հետևյալ բանաձևով.

որտեղ Tc սառույց կողմի ջերմաստիճանն է, իսկ Th տաք կողմի ջերմաստիճանն է։

Թերմոէլեկտրական գեներատորի իրական էֆեկտիվությունը շատ ցածր է Կառնոտի էֆեկտիվությունից տարբեր կորուստների պատճառով, ինչպիսիք են Ջուլի ջերմացումը, ջերմային հղումը և ջերմային ճառագայթումը։ Թերմոէլեկտրական գեներատորի իրական էֆեկտիվությունը կախված է թերմոէլեկտրական նյութերի արժեքից (ZT), որը չափանիշ է, որը չափում է նյութի թերմոէլեկտրական կիրառությունների համար կատարողականությունը։ Արժեքը տրվում է հետևյալ բանաձևով.

որտեղ α-ն Սեբեկի գործակիցն է, σ-ն էլեկտրական հաղորդականությունն է, κ-ն ջերմային հաղորդականությունն է, իսկ T-ն բացարձակ ջերմաստիճանն է։

Ավելի բարձր արժեքը, ավելի բարձր է թերմոէլեկտրական գեներատորի էֆեկտիվությունը։ Արժեքը կախված է նյութերի ինտրինսիկ հատկություններից (ինչպիսիք են էլեկտրոնների և ֆոնոնների տեղափոխությունը) և էքստրինսիկ հատկություններից (ինչպիսիք են դոպարանումը և երկարությունը)։ Թերմոէլեկտրական նյութերի հետազոտության նպատակը գտնել կամ ստեղծել նյութեր, որոնք ունեն բարձր Սեբեկի գործակից, բարձր էլեկտրական հաղորդականություն և ցածր ջերմային հաղորդականություն, որոնք հաճախ հակասական պահանջներ են։

Հաճախ օգտագործվող նյութեր

• Բիսմութ տելուրիդ (Bi2Te3) և նրա ալոյիները

• Պլավա տելուրիդ (PbTe) և նրա ալոյիները

• Սկաւտերուդիտներ

• Հալֆ-Հեուսլեր կոմպլեքսներ

Կիրառություններ

• Ծանրացնող սարքեր

• Էլեկտրական էներգիայի ստեղծում թերթ ջերմությունից

• Էլեկտրական էներգիայի ստեղծում ռադիոիզոտոպներից

 Առաջադրանքներ

• Ցածր էֆեկտիվություն

• Բարձր արժեք

• Ջերմային կառավարում

• Սիստեմի ինտեգրում

Մեysz