Xi hu thermoelectric power generators?

X’ihum huwa l-Generaturi tal-Elettricità Termodinamika?

Definizzjoni tal-Generatur termodinamiku

Il-Generatur termodinamiku (TEG) huwa apparatu li jikkonverti l-enerġija termika għal enerġija elettrika permezz tal-effett Seebeck. L-effett Seebeck huwa fenomenu li jiġi osservat meta tinsab differenza ta' temperatura bejn żewġ konduċurijiet differenti jew barra ta' konduċurijiet, bl-iżvilupp ta' differenza potenzjali elettriku. Il-TEGs huma dispożitivi solid-state li ma għandhomx parti moventi u jistgħu jioperaw silġanament u b'mod affidabbli għal perjodi twil ta' ħin. Il-TEGs jistgħu jiġu użati biex jiġu rikoltati l-enerġija termika mhux magħrufa minn sorgenti diversi, kif s-suġġettiv, processi industrjali, automobili, centrali elettriki, u anki l-enerġija termika tal-ġisem umani, u t-tfarrig tagħha għal elettricità utili. Il-TEGs jistgħu wkoll jiġu użati biex jiġu miftuh dispożitivi miġbura, kif s-sensuri, il-mittenti wireless, u is-spazju, permezz tal-użu ta' radioisotopi jew l-ħalq tal-ġesem bħala sors tal-ħalq.

Prinċipju ta' funzjonarità

Il-Generatur termodinamiku jinkludi żewġ komponenti ewlenin: materiali termodinamika u moduli termodinamiki.

Il-materiali termodinamika huma materiali li jmostaw l-effett Seebeck, jagħmlu vottagġ elettriku meta insab differenza ta' temperatura. Huma klassifikati f'żewġ tipi: n-type u p-type. Il-materiali n-type għandhom elektronji ekstra, mentri d-dipendenza tal-p-type tkun fil-manqeġ elektro. Meta ikunu magħqudin fis-serje mal-elettrodijiet metalici, dawn il-materiali jiffurmaw koppi thermoelectric, l-unità bażika tal-Generatur termodinamiku.

Il-modul termodinamiku huwa dispożitiv li jinkludi ħafna koppi thermoelectric magħqudin elektrikament fis-serje u termikament fit-talbien. Il-modul termodinamiku għandu żewġ lenti: l-ħalq u l-qaliegħ. Meta l-ħalq ikun espost għal sors tal-ħalq u l-qaliegħ ikun espost għal sink tal-ħalq, tintwera differenza ta' temperatura mill-modul, li tgħmel kurrent li jirreġgħel permezz il-kurt. Il-kurrent jista' jiġi użat biex jiġi miftuh cariga esterna jew biex jiġi stabbilit battierja. Il-vottagġ u l-output tal-potenza tal-modul termodinamiku jiġu determinati mill-numru ta' koppi thermoelectric, id-differenza ta' temperatura, il-koeffiċjent Seebeck, u r-resistenzi elettrika u termika tal-materiali.

L-effiċjenza tal-Generatur termodinamiku hija definita bħala rapport tas-silġ tal-enerġija elettrika għal l-input tal-enerġija termika. Din l-effiċjenza hi limitata mill-effiċjenza Carnot, l-effiċjenza possibbli l-aqbar għal quddiem motori termiki bejn żewġ temperaturi. L-effiċjenza Carnot hija data:

fejn Tc huwa l-temperatura tal-lenti qaliegħ, u Th huwa l-temperatura tal-lenti ħalq.

L-effiċjenza effettiva tal-Generatur termodinamiku hi tneħtija mill-effiċjenza Carnot għall-perdi varji bħal il-ħalq Joule, il-konduzzjoni termika, u l-radijazzjoni termika. L-effiċjenza effettiva tal-Generatur termodinamiku tdependi mill-merit figure (ZT) tal-materiali termodinamika, li huwa parametru dimensjonless li jimmis l-prestazzjoni tal-material għal applikazzjonijiet termodinamika. Il-merit figure hija data:

fejn α huwa l-koeffiċjent Seebeck, σ huwa l-konduċtività elettrika, κ huwa l-konduċtività termika, u T huwa l-temperatura assoluta.

Iktar l-merit figure huwa alto, iktar l-effiċjenza tal-Generatur termodinamiku tkun alta. Il-merit figure tdependi mill-proprietajiet intrinsequi (kif l-trasport tal-elektron u phonon) u extrinsequi (kif l-livell tad-doping u geometria) tal-materiali. Il-għan tal-riċerka tal-materiali termodinamika huwa li jassab jew jidevvisa materiali li għandhom koeffiċjent Seebeck alto, konduċtività elettrika alta, u konduċtività termika bassa, li huma sovent rekuirimenti konflittuals.

Materiali Komuni

• Bismut telluride (Bi2Te3) u l-alloys tiegħu

• Plumb telluride (PbTe) u l-alloys tiegħu

• Skutterudites

• Half-Heusler compounds

Aplikazzjonijiet

• Dispożitivi ta' raffreddament

• Ġenerazzjoni tal-enerġija mill-enerġija mhux magħrufa

• Ġenerazzjoni tal-enerġija mill-radioisotopi

 Sfidi

• Effiċjenza bassa

• Kost ta' altezza

• Managemen tal-ħalq

• Integrazzjoni tas-sistema

Direzzjonijiet Futuri

• Materiali termodinamika nuovi

• Moduli termodinamiki avvanzati

• Sistemi termodinamiki innovativi

Konkluzzjoni

Il-Generaturi termodinamika huma dispożitivi li jistgħu jiġu użati biex jikkonvertu l-enerġija termika għal enerġija elettrika permezz tal-effett Seebeck. Il-Generaturi termodinamika għandhom numru kbir ta' avantaggi fuq it-tnejn metodi tradizzjonali tal-ġenerazzjoni tal-enerġija, kif l-kompattessa, l-affidabilità, l-inżilentz, u l-konverżjoni diretta. Il-Generaturi termodinamika għandhom aplikazzjonijiet diversi f'sektori differenti, kif l-dispożitivi ta' raffreddament, l-ġenerazzjoni tal-enerġija mill-enerġija mhux magħrufa, u l-ġenerazzjoni tal-enerġija mill-radioisotopi. Però, il-Generaturi termodinamika jaffrontjaw wkoll sfidi u limiti li għandhom jiġu superati għad-determinazzjoni prattika, kif l-effiċjenza bassa, il-kost għoli, il-managemen tal-ħalq, u l-integrazzjoni tas-sistema. Id-direzzjonijiet futuri għall-riċerka u l-ġsvilup tal-Generaturi termodinamika inkludiv materiali termodinamika nuovi, moduli termodinamiki avvanzati, u sistemi termodinamiki innovativi. Il-Generaturi termodinamika għandhom potenzjal kbir għal applikazzjonijiet ta' konverżjoni u rikolt tal-enerġija f'sektori u scenari diversi.