Термоэлектрлік жылу энергиясын өндіргіштер деген не?

Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғылар деген не?

Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғының анықтамасы

Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғы (TEG) - бұл Себек эффектін пайдаланып, жылу энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғы. Себек эффекті - бұл екі әртүрлі проводшы немесе проводшылар контурында температура айырма болғанда пайда болатын электр потенциалы айырмасы. TEG-лер - бұл қозғалыс бөлшектері жоқ, сақина және уақытты ұзақ мерзімде істейтін тұрақты құрылғылар. TEG-лерді жанарту үшін өнеркәсіптік процестер, автомобильдер, электр станциялары және адам денесінің жылуы сияқты әртүрлі булактардан шығатын жылу энергиясын қолдануға болады. TEG-лер радиоизотоптардан немесе күн энергиясынан жылу алмастыру арқылы алыста орналасқан құрылғыларды, мисалы, сенсорлар, жарық сыяқты құрылғыларды және космостағы құрылғыларды жылу менеджментін қолдануға да болады.

Ис-қимылының негізгі принциптері

Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғы термоэлектрикалық материалдар мен термоэлектрикалық модульдерден тұрады.

Термоэлектрикалық материалдар - бұл Себек эффектін көрсететін материалдар, температура айырмасы бар жағдайда электр вольтажын жасайды. Олар екі түрде: n-типы және p-типы. N-типы материалдарда электрондары артық, ал p-типы материалдарда электрондары жетіспейді. Металл электродтармен сериялық байланысқа қойғанда, бұл материалдар термопара құрайды, термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғының негізгі бөлігі болып табылады.

Термоэлектрикалық модуль - бұл бірнеше термопараға электрлық сериялық, термалық параллель байланысқа қойылған құрылғы. Термоэлектрикалық модульде екі жағы бар: жылуы жағы және суық жағы. Жылуы жағы жылу булакқа, суық жағы жылу айналымына қолданылатында, модульде температура айырмасы пайда болады, бұл контурде ағыс қозғалысына себеп болады. Ағыс қолданылатын түрлі заттарды жылу менеджментіне немесе батареяларды толтыруға қолданылады. Термоэлектрикалық модульдің вольтажы және энергия шығысы термопаралар санына, температура айырмасына, Себек коэффициентіне, материалдардың электрлық және термалық сопротивтілігіне байланысты болады.

Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғының үздігі - бұл жылу энергиясына салыстырғанда электр энергиясы шығысының қатынасы. Бұл үздік Карно үздігі арқылы шектеледі, бұл екі температура аралығындағы әрбір жылу машинасының максималды мүмкін үздігі. Карно үздігі мына формуламен беріледі:

мұнда Tc - суық жағының температурасы, Th - жылуы жағының температурасы.

Жылу энергиясын өндіретін термоэлектрикалық құрылғының нақты үздігі Карно үздігінен тең despise өте төмен, себебі Джоуль ыну, термалық кондукция және термалық радиация сияқты әртүрлі жойылымдар. Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғының нақты үздігі термоэлектрикалық материалдардың зерттеу параметріне (ZT) байланысты, бұл материалдың термоэлектрикалық қолданыстар үшін өнімділігін өлшейтін сандық параметр. ZT параметрі мына формуламен беріледі:

мұнда α - Себек коэффициенті, σ - электрлық өнімділік, κ - термалық өнімділік, T - абсолютті температура.

ZT параметрі жоғары болса, термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғының үздігі де жоғары болады. ZT параметрі материалдардың ички (мысалы, электронды және фононды транспорттау) және сыртқы (мысалы, доптау деңгейі және геометриясы) қасиеттеріне байланысты. Термоэлектрикалық материалдар зерттеуінің мақсаты - жоғары Себек коэффициенті, жоғары электрлық өнімділік және төмен термалық өнімділікке ие материалдарды табу немесе жасау, бұл көбінесе қарама-қаршы талаптар.

Кең таралған материалдар

• Бисмут теллюрид (Bi2Te3) және оның сплавтары

• Свинец теллюрид (PbTe) және оның сплавтары

• Скуттерудиттер

• Халф-Геслер компоненттері

Қолданылуы

• Соңғыру құрылғылары

• Жылу энергиясын өндіру

• Радиоизотоптардан энергия өндіру

 Кешірілген проблемалар

• Төмен үздік

• Жоғары баға

• Жылу менеджменті

• Система интеграциясы

Алдыңғы бағыттар

• Жаңа термоэлектрикалық материалдар

• Жаңартылған термоэлектрикалық модульдер

• Жаңа термоэлектрикалық системалар

Қорытынды

Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғылар - бұл Себек эффектін пайдаланып, жылу энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғылар. Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғылар әдеттегі энергия өндіру әдістерінен компакттылық, ұзақ мерзімде істеу, тыңқулылық және тікелей айналу үшін көптеген артықшылықтары бар. Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғылар соңғыру құрылғылары, жылу энергиясын өндіру, радиоизотоптардан энергия өндіру сияқты әртүрлі салаларда қолданылады. Бірақ термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғылар практикалық қолданысу үшін төмен үздік, жоғары баға, жылу менеджменті және система интеграциясы сияқты кейбір кешірілген проблемаларды жеңіп шығу керек. Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғылардың зерттеу және өнімдерінің алдыңғы бағыттары - жаңа термоэлектрикалық материалдар, жаңартылған термоэлектрикалық модульдер және жаңа термоэлектрикалық системалар. Термоэлектрикалық жылу энергиясын өндіретін құрылғылар әртүрлі секторларда және сценарияларда энергия айналуы және жиналуы үшін үлкен потенциалға ие.