थर्मोइलेक्ट्रिक पावर जनरेटर के क्या हैं?
थर्मोइलेक्ट्रिक विद्युत उत्पादक के क्या हैं?
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की परिभाषा
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (TEG) एक उपकरण है जो सीबेक प्रभाव का उपयोग करके ऊष्मीय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। सीबेक प्रभाव एक घटना है जो दो अलग-अलग चालकों या चालकों के सर्किट में तापमान के अंतर के कारण होती है, जो विद्युत संभावन अंतर बनाती है। TEGs ठोस-स्थिति उपकरण हैं जिनमें कोई गतिशील भाग नहीं होता और ये लंबे समय तक शांत और विश्वसनीय रूप से काम कर सकते हैं। TEGs का उपयोग विभिन्न स्रोतों से अपशिष्ट ऊष्मा को उपयोगी विद्युत में परिवर्तित करने के लिए किया जा सकता है, जैसे औद्योगिक प्रक्रियाएँ, ऑटोमोबाइल, विद्युत संयंत्र, और यहाँ तक कि मानव शरीर की ऊष्मा। TEGs का उपयोग रेडियोआइसोटोप्स या सौर ऊष्मा के रूप में ऊष्मा स्रोत के उपयोग से दूरस्थ उपकरणों, जैसे सेंसर, वायरलेस प्रसारक, और अंतरिक्ष यान, को शक्ति देने के लिए भी किया जा सकता है।
कार्य तंत्र
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर में दो मुख्य घटक होते हैं: थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री और थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल।
थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री वे सामग्री हैं जो सीबेक प्रभाव को दिखाती हैं, जब तापमान का अंतर होता है तो विद्युत वोल्टेज उत्पन्न करती हैं। इन्हें दो प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है: n-प्रकार और p-प्रकार। n-प्रकार की सामग्रियों में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, जबकि p-प्रकार की सामग्रियों में इलेक्ट्रॉन की कमी होती है। जब धातु इलेक्ट्रोड के साथ श्रृंखला में जोड़ा जाता है, तो ये सामग्रियाँ एक थर्मोकपल बनाती हैं, जो थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की मूल इकाई है।
थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल एक उपकरण है जिसमें कई थर्मोकपल विद्युत रूप से श्रृंखला में और तापीय रूप से समानांतर में जुड़े होते हैं। एक थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल में दो तरफ होती हैं: गर्म तरफ और ठंडी तरफ। जब गर्म तरफ को ऊष्मा स्रोत के साथ संपर्क में लाया जाता है और ठंडी तरफ को ऊष्मा सिंक के साथ, तो मॉड्यूल के पार तापमान का अंतर बनता है, जिससे सर्किट में धारा बहने लगती है। धारा का उपयोग बाहरी लोड को चालू करने या बैटरी को चार्ज करने के लिए किया जा सकता है। थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल का वोल्टेज और शक्ति आउटपुट थर्मोकपलों की संख्या, तापमान के अंतर, सीबेक गुणांक, और सामग्रियों के विद्युत और तापीय प्रतिरोध पर निर्भर करता है।
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की दक्षता विद्युत शक्ति आउटपुट और ऊष्मा इनपुट के अनुपात के रूप में परिभाषित की जाती है। यह दक्षता कार्नोट दक्षता, दो तापमानों के बीच किसी भी ऊष्मा इंजन की अधिकतम संभावित दक्षता, से सीमित होती है। कार्नोट दक्षता इस प्रकार दी जाती है:
जहाँ Tc ठंडी तरफ का तापमान है, और Th गर्म तरफ का तापमान है।
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की वास्तविक दक्षता कार्नोट दक्षता से कहीं कम होती है, क्योंकि विभिन्न नुकसान जैसे जूल गर्मी, तापीय चालन, और तापीय विकिरण के कारण होती हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की वास्तविक दक्षता थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के फिगर ऑफ मेरिट (ZT) पर निर्भर करती है, जो एक विमाहीन पैरामीटर है जो थर्मोइलेक्ट्रिक अनुप्रयोगों के लिए एक सामग्री की प्रदर्शन को मापता है। फिगर ऑफ मेरिट इस प्रकार दी जाती है:
जहाँ α सीबेक गुणांक है, σ विद्युत चालकता है, κ तापीय चालकता है, और T निरपेक्ष तापमान है।
फिगर ऑफ मेरिट जितना अधिक होगा, थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की दक्षता उतनी ही अधिक होगी। फिगर ऑफ मेरिट दोनों अंतर्निहित गुण (जैसे इलेक्ट्रॉन और फोनन चालन) और बाह्य गुण (जैसे डोपिंग स्तर और ज्यामिति) पर निर्भर करता है। थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के शोध का लक्ष्य उन सामग्रियों को ढूंढना या डिजाइन करना है जिनमें उच्च सीबेक गुणांक, उच्च विद्युत चालकता, और कम तापीय चालकता हो, जो अक्सर विरोधाभासी आवश्यकताएं होती हैं।
सामान्य सामग्रियाँ
बिस्मथ टेल्यूराइड (Bi2Te3) और इसके मिश्रधातु
लेड टेल्यूराइड (PbTe) और इसके मिश्रधातु
स्कटरुडाइट्स
हाफ-हेस्लर यौगिक
अनुप्रयोग
ठंडे उपकरण
अपशिष्ट ऊष्मा से शक्ति उत्पादन
रेडियोआइसोटोप से शक्ति उत्पादन
चुनौतियाँ
कम दक्षता
उच्च लागत
तापीय प्रबंधन
सिस्टम एकीकरण
भविष्य की दिशाएँ
नए थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री
उन्नत थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल
नवीन थर्मोइलेक्ट्रिक सिस्टम
निष्कर्ष
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर उपकरण हैं जो सीबेक प्रभाव का उपयोग करके ऊष्मीय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर अन्य पारंपरिक शक्ति उत्पादन विधियों की तुलना में कई लाभ रखते हैं, जैसे कि संकुचित आकार, विश्वसनीयता, शांति, और प्रत्यक्ष परिवर्तन। थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के विभिन्न क्षेत्रों में विभिन्न अनुप्रयोग हैं, जैसे ठंडे उपकरण, अपशिष्ट ऊष्मा से शक्ति उत्पादन, और रेडियोआइसोटोप से शक्ति उत्पादन। हालाँकि, थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर को कुछ चुनौतियाँ और सीमाएँ हैं जो व्यावहारिक लागू करने के लिए दूर की जानी चाहिए, जैसे कि कम दक्षता, उच्च लागत, तापीय प्रबंधन, और सिस्टम एकीकरण। थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर शोध और विकास की भविष्य की दिशाएँ नए थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री, उन्नत थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल, और नवीन थर्मोइलेक्ट्रिक सिस्टम शामिल हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर विभिन्न क्षेत्रों और परिस्थितियों में ऊर्जा परिवर्तन और हार्वेस्टिंग अनुप्रयोगों के लिए बड़ा संभावना रखते हैं।
