Quid sunt generatores thermoelectrici potestatis?

Quid sunt generatoris thermoelectrici?

Definitio generatoris thermoelectrici

Generator thermoelectricus (TEG) est dispositivum quod convertit energiam caloris in energiam electricam per effectum Seebeck. Effectus Seebeck est phenomenon quod accidit cum existat differentia temperaturarum inter duos conductores diversos vel circuitum conductorum, creans differentiam potentialis electrici. TEGs sunt dispositiva solid-state quae nullas partes mobiles habent et silenter ac fideliter diu operari possunt. TEGs ad colligendum calorem residuum ex variis fontibus, sicut processus industriales, automobili, plantae electricae, et etiam calor corporis humani, ut convertere eum in electricitatem utilem. TEGs etiam ad alimentandum dispositiva remota, sicut sensoria, transmissoria wireless, et naves spatiales, per usum radioisotoporum vel caloris solaris ut fontem caloris, uti possunt.

Principium operationis

Generator thermoelectricus constat duobus componentibus principalibus: materialibus thermoelectricis et modulis thermoelectricis.

Materialia thermoelectrica sunt materialia quae exhibent effectum Seebeck, generantes tensionem electricam quando existit differentia temperaturarum. Haec classificantur in duos typus: n-typus et p-typus. Materialia n-typus extra electrona habent, dum p-typus electrona desiderant. Cum his materialibus series connectuntur cum electrodibus metallicis, formantur thermocoppiae, unitas basalis generatoris thermoelectrici.

Modulus thermoelectricus est dispositivum quod continet multas thermocoppias connectas electriciter in serie et thermaliter in parallelo. Modulus thermoelectricus habet duas facies: faciem calidam et faciem frigidam. Quando facies calida exponitur ad fontem caloris et facies frigida ad sinum caloris, creatur differentia temperaturarum per modulum, causans currentem per circuitum fluere. Currentis potest ad alimentandum onus externum aut ad caricae bateriarum uti. Tensio et output potentiae moduli thermoelectrici dependet a numero thermocoppiorum, differentia temperaturarum, coefficiente Seebeck, et resistentiis electricis et thermalibus materialium.

Efficiencia generatoris thermoelectrici definitur ut ratio output potentiae electricae ad input caloris. Haec efficiencia limitatur per efficienciam Carnot, maximam possibilis efficienciam pro omni motore caloris inter duas temperaturas. Efficiencia Carnot datur per:

ubi Tc est temperatura faciei frigidae, et Th est temperatura faciei calidae.

Efficiencia actualis generatoris thermoelectrici multo minor est quam efficiencia Carnot ob diversas perdas sicut Joule heating, conductionem thermalis, et radiationem thermalis. Efficiencia actualis generatoris thermoelectrici dependet a merito figurae (ZT) materialium thermoelectricorum, quod est parameter dimensionless qui mensurat performance materialis pro applicationibus thermoelectricis. Meritus figurae datur per:

ubi α est coefficientes Seebeck, σ est conductivitas electrica, κ est conductivitas thermalis, et T est temperatura absoluta.

Quanto maior est meritus figurae, tanto maior est efficiencia generatoris thermoelectrici. Meritus figurae dependet ab proprietatibus intrinsecis (sicut transport electronarum et phononarum) et extrinsecis (sicut gradus doping et geometria) materialium. Finis investigationis materialium thermoelectricorum est invenire aut designare materialia quae habeant altum coefficientem Seebeck, altam conductivitatem electricam, et bassam conductivitatem thermalem, quae saepe sunt requisiti conflictantes.

Materialia communia

• Bismuth telluride (Bi2Te3) et eius alligata

• Plumbum telluride (PbTe) et eius alligata

• Skutterudites

• Compounds Half-Heusler

Applicationes

• Dispositiva refrigerationis

• Generatio potentiae ex calore residuo

• Generatio potentiae ex radioisotopis

 Difficultates

• Efficiencia bassa

• Costus altus

• Managementum thermalis

• Integration systematis

Directiones futurae

• Materialia thermoelectrica nova

• Moduli thermoelectrici advanced

• Systemata thermoelectrica innovativa

Conclusio

Generatoris thermoelectrici sunt dispositiva quae possunt convertire energiam caloris in energiam electricam per effectum Seebeck. Generatoris thermoelectrici multas praebent advantageas super methodos generationis potentiae conventionalis, sicut compactness, fidelem, silentium, et conversionem directam. Generatoris thermoelectrici varias applicationes in diversis campis habent, sicut dispositiva refrigerationis, generatio potentiae ex calore residuo, et generatio potentiae ex radioisotopis. Tamen, generatoris thermoelectrici etiam difficultates et limitationes faciunt quae superari debent pro implementatione practica, sicut efficiencia bassa, costus altus, managementum thermalis, et integration systematis. Directiones futurae pro investigatione et developmento generatoris thermoelectrici includunt materialia thermoelectrica nova, modulos thermoelectricos advanced, et systemata thermoelectrica innovativa. Generatoris thermoelectrici magnam potentialitatem habent pro applicationibus conversionis et colligationis energiae in variis sectoribus et scenariis.