Што се термоелектрични генератори на енергија?

Што се термоелектрични генератори?

Дефиниција на термоелектричниот генератор

Термоелектричкиот генератор (TEG) е уред кој конвертира топлинска енергија во електрична енергија користејќи Себеков ефект. Себековиот ефект е феномен кој се јавува кога постои температурна разлика помеѓу две различни проводници или цев од проводници, што создава електричка потенцијална разлика. TEG-овите се тврди состојби кои немаат движечки делови и можат да работат бесумурно и надежно за долг период. TEG-овите можат да се користат за собирање на отпадната топлина од различни извори, како што се индустријски процеси, автомобили, електростанции и дури и телесната топлина, и да ја конвертираат во корисна електрична енергија. TEG-овите исто така можат да се користат за напајање на удалени уреди, како што се сензори, безжични преносници и космички летелици, користејќи радиоизотопи или сончева топлина како извор на топлина.

Принцип на работа

Термоелектричкиот генератор се состои од два главни компоненти: термоелектрични материјали и термоелектрични модули.

Термоелектричните материјали се материјали кои покажуваат Себеков ефект, генерирајќи електрична напон кога постои температурна разлика. Тие се класифицирани во две типови: n-тип и p-тип. n-тип материјалите имаат дополнителни електрони, додека p-тип материјалите недостасуваат електрони. Кога се поврзани во серија со метални електроди, овие материјали формираат термокупла, основната единица на термоелектричниот генератор.

Термоелектричниот модул е уред кој содржи многу термокупли поврзани електрично во серија и топлински паралелно. Термоелектричниот модул има две страни: горешта страна и долна страна. Кога горештата страна е изложена на извор на топлина, а долната страна е изложена на топлински резервоар, се создава температурна разлика низ модулот, што предизвикува проток на струја низ колото. Протокот на струја може да се користи за напајање на спољни опреми или пополнување на батерија. Напонот и моќниот излез на термоелектричниот модул зависат од бројот на термокупли, температурната разлика, Себековиот коефициент и електричките и топлинските отпори на материјалите.

Ефикасноста на термоелектричниот генератор е дефинирана како количник на електричниот моќен излез врз топлинскиот влез. Оваа ефикасност е ограничена од Карновата ефикасност, максималната можно ефикасност за било кој топлински мотор помеѓу две температури. Карновата ефикасност се дава со:

каде Tc е температурата на долната страна, а Th е температурата на горештата страна.

Актуелната ефикасност на термоелектричниот генератор е многу помала од Карновата ефикасност поради различни губитоци како Џоулова нагрева, топлинска проводливост и топлинско зрачење. Актуелната ефикасност на термоелектричниот генератор зависи од мерниот број на добросвестност (ZT) на термоелектричните материјали, кој е бездимензионален параметар кој мери перформансите на материјалот за термоелектрични применувачки. Мерниот број на добросвестност се дава со:

каде α е Себековиот коефициент, σ е електричката проводливост, κ е топлинската проводливост, а T е апсолутната температура.

Повисокиот мерен број на добросвестност значи повисока ефикасност на термоелектричниот генератор. Мерниот број на добросвестност зависи од како интринзични својства (како што се транспортот на електрони и фонони) и екстринзични својства (како што се ниво на допирање и геометрија) на материјалите. Целта на истражувањето на термоелектричните материјали е да се пронајдат или дизајнираат материјали кои имаат висок Себеков коефициент, висока електрична проводливост и ниска топлинска проводливост, што често се противуречиви барања.

Заемни материјали

• Бисмут телурид (Bi2Te3) и неговите легури

• Лев телурид (PbTe) и неговите легури

• Скутерудити

• Халф-Хеуслер соединенија

Применувања

• Уреди за хладење

• Генерирање на енергија од отпадна топлина

• Генерирање на енергија од радиоизотопи

 Препреки

• Ниска ефикасност

• Висока цена

• Топлинско управување

• Интеграција на системот

Будући насоки

• Нови термоелектрични материјали

• Напредни термоелектрични модули

• Иновативни термоелектрични системи

Заклучок

Термоелектричните генератори се уреди кои можат да конвертираат топлинска енергија во електрична енергија користејќи Себеков ефект. Термоелектричните генератори имаат многу предности над конвенционалните методи на производство на енергија, како што се компактност, надежност, безшумност и директна конверзија. Термоелектричните генератори имаат различни применувања во различни полиња, како што се уреди за хладење, генерирање на енергија од отпадна топлина и генерирање на енергија од радиоизотопи. Меѓутоа, термоелектричните генератори исто така се соочуваат со некои пречки и ограничувања кои треба да се преодолеат за практична имплементација, како што се ниска ефикасност, висока цена, топлинско управување и интеграција на системот. Будућите насоки за истражување и развој на термоелектричните генератори вклучуваат нови термоелектрични материјали, напредни термоелектрични модули и иновативни термоелектрични системи. Термоелектричните генератори имаат голем потенцијал за конверзија и собирање на енергија во различни сектори и сценарија.