Apakah Pembangkit Kuasa Termoelektrik?

Apakah Pembangkit Tenaga Termoelektrik?

Definisi Pembangkit Tenaga Termoelektrik

Pembangkit tenaga termoelektrik (TEG) adalah peranti yang mengubah tenaga haba menjadi tenaga elektrik menggunakan efek Seebeck. Efek Seebeck adalah fenomena yang berlaku apabila terdapat perbezaan suhu antara dua konduktor yang berbeza atau litar konduktor, yang mencipta beza potensial elektrik. TEG adalah peranti tanpa bahagian bergerak dan boleh beroperasi dengan senyap dan andal untuk tempoh yang lama. TEG boleh digunakan untuk memanen haba sisa dari pelbagai sumber, seperti proses industri, kenderaan, loji kuasa, dan bahkan haba badan manusia, dan mengubahnya menjadi elektrik yang berguna. TEG juga boleh digunakan untuk menyalakan peranti jauh, seperti sensor, pemancar tanpa wayar, dan kapal angkasa, dengan menggunakan radioisotop atau haba suria sebagai sumber haba.

Prinsip Kerja

Pembangkit tenaga termoelektrik terdiri daripada dua komponen utama: bahan termoelektrik dan modul termoelektrik.

Bahan termoelektrik adalah bahan yang menunjukkan efek Seebeck, menghasilkan voltan elektrik apabila terdapat perbezaan suhu. Bahan-bahan ini diklasifikasikan kepada dua jenis: n-tipe dan p-tipe. Bahan n-tipe mempunyai elektron tambahan, manakala bahan p-tipe kekurangan elektron. Apabila disambung secara siri dengan elektrod logam, bahan-bahan ini membentuk termokopel, unit asas pembangkit tenaga termoelektrik.

Modul termoelektrik adalah peranti yang mengandungi banyak termokopel yang disambung secara elektrik dalam siri dan secara termal secara selari. Modul termoelektrik mempunyai dua sisi: sisi panas dan sisi sejuk. Apabila sisi panas terdedah kepada sumber haba dan sisi sejuk terdedah kepada sink haba, perbezaan suhu dicipta di seluruh modul, menyebabkan arus mengalir melalui litar. Arus ini boleh digunakan untuk menyalakan beban luaran atau mengisi bateri. Voltan dan keluaran kuasa modul termoelektrik bergantung pada bilangan termokopel, perbezaan suhu, pekali Seebeck, dan rintangan elektrik dan termal bahan.

Kecekapan pembangkit tenaga termoelektrik didefinisikan sebagai nisbah keluaran kuasa elektrik terhadap input haba. Kecekapan ini dibatasi oleh kecekapan Carnot, kecekapan maksimum yang mungkin bagi mana-mana enjin haba antara dua suhu. Kecekapan Carnot diberikan oleh:

di mana Tc adalah suhu sisi sejuk, dan Th adalah suhu sisi panas.

Kecekapan sebenar pembangkit tenaga termoelektrik jauh lebih rendah daripada kecekapan Carnot kerana pelbagai kerugian seperti pemanasan Joule, konduksi termal, dan radiasi termal. Kecekapan sebenar pembangkit tenaga termoelektrik bergantung pada nilai merit (ZT) bahan termoelektrik, yang merupakan parameter tanpa dimensi yang mengukur prestasi bahan untuk aplikasi termoelektrik. Nilai merit diberikan oleh:

di mana α adalah pekali Seebeck, σ adalah kekonduksian elektrik, κ adalah kekonduksian termal, dan T adalah suhu mutlak.

Semakin tinggi nilai merit, semakin tinggi kecekapan pembangkit tenaga termoelektrik. Nilai merit bergantung pada kedua-dua sifat intrinsik (seperti pengangkutan elektron dan fonon) dan sifat ekstrinsik (seperti tahap doping dan geometri) bahan. Matlamat penyelidikan bahan termoelektrik adalah untuk mencari atau merancang bahan yang mempunyai pekali Seebeck tinggi, kekonduksian elektrik tinggi, dan kekonduksian termal rendah, yang sering bertentangan dengan tuntutan.

Bahan Biasa

• Tellurida bismut (Bi2Te3) dan paduannya

• Tellurida plumbum (PbTe) dan paduannya

• Skutterudites

• Kompound Half-Heusler

Aplikasi

• Peranti pendinginan

• Pembangkitan kuasa dari haba sisa

• Pembangkitan kuasa dari radioisotop

 Cabaran

• Kecekapan rendah

• Kos tinggi

• Pengurusan termal

• Penggabungan sistem

Arah Masa Depan

• Bahan termoelektrik baru

• Modul termoelektrik canggih

• Sistem termoelektrik inovatif

Kesimpulan

Pembangkit tenaga termoelektrik adalah peranti yang boleh mengubah tenaga haba menjadi tenaga elektrik menggunakan efek Seebeck. Pembangkit tenaga termoelektrik mempunyai banyak kelebihan berbanding kaedah pembangkitan kuasa konvensional, seperti kepadatan, kebolehpercayaan, tiada bunyi, dan pemindahan langsung. Pembangkit tenaga termoelektrik mempunyai pelbagai aplikasi dalam bidang yang berbeza, seperti peranti pendinginan, pembangkitan kuasa dari haba sisa, dan pembangkitan kuasa dari radioisotop. Walau bagaimanapun, pembangkit tenaga termoelektrik juga menghadapi beberapa cabaran dan had yang perlu ditangani untuk pelaksanaan praktikal, seperti kecekapan rendah, kos tinggi, pengurusan termal, dan penggabungan sistem. Arah masa depan untuk penyelidikan dan pembangunan pembangkit tenaga termoelektrik termasuk bahan termoelektrik baru, modul termoelektrik canggih, dan sistem termoelektrik inovatif. Pembangkit tenaga termoelektrik mempunyai potensi besar untuk aplikasi pemindahan dan pengumpulan tenaga dalam pelbagai sektor dan skenario.