Vipi ni Wataalamu wa Umeme wa Kujengenezeka kwa Moto?

Ni wapi Generators ya Umeme ya Joto?

Maana ya Generator ya Umeme ya Joto

Generator ya umeme ya joto (TEG) ni kifaa kinachobadilisha nishati ya joto kwa umeme kutumia uwezo wa Seebeck. Uwezo wa Seebeck ni athari inayotokea wakati kuna tofauti ya joto kati ya mwamba mawili au mkataba wa mwamba, kusababisha tofauti ya chini cha umeme. TEG ni vifaa vinavyoenda kwa hali yoyote vinavyosikia na havina sehemu zinazopanda na zinaweza kufanya kwa amani na uwepo kwa muda mrefu. TEG zinaweza kutumiwa kuchuma nishati ya joto iliyopotea kutoka chanzo mbalimbali, kama vile misiko ya kiuchumi, magari, viwanda vya umeme, na hata joto la mwili wa binadamu, na kubadilisha kwa umeme unaoonekana. TEG zinaweza pia kutumiwa kupawa vifaa vya umbali, kama vile sensors, transmitters zenye usimamizi, na spacecraft, kutumia radioisotopes au joto ya jua kama chanzo cha joto.

Sera za Kazi

Generator ya umeme ya joto ana sehemu mbili muhimu: vyanzo vya umeme ya joto na moduli vya umeme ya joto.

Vyanzo vya umeme ya joto ni vyanzo vinavyojumuisha uwezo wa Seebeck, kunapanga chini cha umeme wakati kuna tofauti ya joto. Vinapatikana katika aina mbili: aina ya n-type na aina ya p-type. Vyanzo vya aina ya n-type vina electrons zaidi, na vyanzo vya aina ya p-type vina upungufu wa electrons. Wakati vyanzo hivi vinajulikana kwa mfululizo na electrodes za metal, vyanzo hivi vinajenga thermocouple, ambayo ni kitu kuu cha generator ya umeme ya joto.

Moduli ya umeme ya joto ni kifaa kinachojumuisha thermocouples mengi vilivyolinkwa kwa mfululizo wa umeme na kwa mfululizo wa joto. Moduli ya umeme ya joto ana pande mbili: pande ya moto na pande ya baridi. Wakati pande ya moto inafikiwa kwa chanzo cha joto na pande ya baridi inafikiwa kwa chanzo cha baridi, tofauti ya joto inatumika kwenye moduli, kusababisha mfululizo wa umeme kwa mfululizo. Mfululizo huo unaweza kutumiwa kupawa nyuzi nyingineauko au kumpa battery. Chini cha umeme na nguvu ya kutoka kwa moduli ya umeme ya joto huwasiliana na idadi ya thermocouples, tofauti ya joto, kizani cha Seebeck, na utokaji wa umeme na joto wa vyanzo.

Ufanisi wa generator ya umeme ya joto unaelezea kama uwiano wa nguvu ya umeme kutoka kwa heat input. Ufanisi huo unahatarishiwa na ufanisi wa Carnot, ufanisi wa juu sana kwa chochote chenye heat engine kati ya majukumu matatu. Ufanisi wa Carnot unatoa:

ambapo Tc ni joto la pande ya baridi, na Th ni joto la pande ya moto.

Ufanisi wa kweli wa generator ya umeme ya joto unapungua kidogo kuliko ufanisi wa Carnot kutokana na hasara tofauti kama Joule heating, thermal conduction, na thermal radiation. Ufanisi wa kweli wa generator ya umeme ya joto unategemea figure of merit (ZT) vyanzo vya umeme ya joto, ambayo ni parameter isiyonena unayomuweka performance ya material kwa ajili ya umeme ya joto. Figure of merit unatoa:

ambapo α ni Seebeck coefficient, σ ni electrical conductivity, κ ni thermal conductivity, na T ni temperature ya absolute.

Ufanisi wa generator ya umeme ya joto unategemea figure of merit, unategemea vipengele vya ndani (kama electron na phonon transport) na vipengele vya nje (kama doping level na geometry) vya vyanzo. Lengo la utafiti wa vyanzo vya umeme ya joto ni kupata au kujenga vyanzo vinavyojumuisha Seebeck coefficient kwa juu, electrical conductivity kwa juu, na thermal conductivity chini, ambayo mara nyingi hutoa maagizo yanayowezeshana.

Vyanzo Vyavyo

• Bismuth telluride (Bi2Te3) na miundombinu yake

• Lead telluride (PbTe) na miundombinu yake

• Skutterudites

• Half-Heusler compounds

Matumizi

• Mifaa ya baridi

• Kupata umeme kutoka kwa joto lililoingia

• Kupata umeme kutoka kwa radioisotopes

 Matatizo

• Ufanisi chini

• Gharama juu

• Mashirikiano ya joto

• Integretion ya system

Mwishowe

• Vyanzo vya umeme vya joto vya mapya

• Moduli vya umeme vya joto vya mapya

• Mifumo vya umeme vya joto vya mapya

Malizia

Generators ya umeme ya joto ni vifaa vinavyoweza kubadilisha nishati ya joto kwa umeme kutumia uwezo wa Seebeck. Generators ya umeme ya joto yanayo na faida nyingi zaidi kuliko njia za kawaida za kupata umeme, kama vile ukubwa, uwepo, ukimya, na conversion moja kwa moja. Generators ya umeme ya joto yana matumizi mengi katika masomo tofauti, kama vile mifaa ya baridi, kupata umeme kutoka kwa joto lililoingia, na kupata umeme kutoka kwa radioisotopes. Hata hivyo, generators ya umeme ya joto pia yanapatikana na changamoto na hatari zinazohitaji kutathmini kwa kutumika, kama vile ufanisi chini, gharama juu, mashirikiano ya joto, na integretion ya system. Mwishowe kwa utafiti na maendeleo ya generators ya umeme ya joto yanafaa kuwa vyanzo vya umeme vya joto vya mapya, moduli vya umeme vya joto vya mapya, na mifumo vya umeme vya joto vya mapya. Generators ya umeme ya joto yana uwezo mkubwa kwa kutengeneza na kupata nishati katika sekta tofauti na scenarios.