Ano ang mga Thermoelectric Power Generators?
Ano ang Thermoelectric Power Generators?
Pangungusap ng Thermoelectric Generator
Ang isang thermoelectric generator (TEG) ay isang aparato na nagsasakatuparan ng pagbabago ng enerhiyang mainit sa elektrikong enerhiya gamit ang Seebeck effect. Ang Seebeck effect ay isang pangyayari na nangyayari kapag mayroong pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng dalawang iba't ibang conductor o circuit ng mga conductor, na nagpapabuo ng electric potential difference. Ang TEGs ay solid-state devices na walang kumikilos na bahagi at maaaring tumayo nang tahimik at maasahan para sa mahabang panahon. Maaaring gamitin ang TEGs upang makalikom ang basurang init mula sa iba't ibang pinagmulan, tulad ng industriyal na proseso, sasakyan, power plants, at kahit na init ng katawan ng tao, at i-convert ito sa magagamit na kuryente. Maaari rin gamitin ang TEGs upang pumatak sa malayong mga aparato, tulad ng mga sensor, wireless transmitters, at spacecraft, gamit ang radioisotopes o solar heat bilang pinagmulan ng init.
Prinsipyong Paggana
Ang isang thermoelectric generator ay binubuo ng dalawang pangunahing komponente: thermoelectric materials at thermoelectric modules.
Ang thermoelectric materials ay mga materyales na nagpapakita ng Seebeck effect, nagbibigay ng electric voltage kapag mayroong pagkakaiba ng temperatura. Ito ay naklase sa dalawang uri: n-type at p-type. Ang n-type materials ay may sobrang electrons, samantalang ang p-type materials ay kulang sa electrons. Kapag konektado sa series kasama ng metal electrodes, ang mga materyales na ito ay bumubuo ng thermocouple, ang basic unit ng isang thermoelectric generator.
Ang isang thermoelectric module ay isang aparato na may maraming thermocouples na konektado electrically in series at thermally in parallel. Ang isang thermoelectric module ay may dalawang gilid: hot side at cold side. Kapag ang hot side ay ineksponse sa isang pinagmulan ng init at ang cold side ay ineksponse sa isang heat sink, nabubuo ang pagkakaiba ng temperatura sa buong module, nagpapabuo ng current na lumilikha sa circuit. Ang current ay maaaring gamitin upang pumatak sa external load o i-charge ang battery. Ang voltage at power output ng isang thermoelectric module ay depende sa bilang ng thermocouples, ang pagkakaiba ng temperatura, ang Seebeck coefficient, at ang electrical at thermal resistances ng mga materyales.
Ang epektibidad ng isang thermoelectric generator ay inilalarawan bilang ang ratio ng electrical power output sa heat input. Ang epektibidad na ito ay limitado ng Carnot efficiency, ang maximum possible efficiency para sa anumang heat engine sa pagitan ng dalawang temperatura. Ang Carnot efficiency ay ibinibigay ng:
kung saan ang Tc ay ang temperatura ng cold side, at Th ay ang temperatura ng hot side.
Ang aktwal na epektibidad ng isang thermoelectric generator ay mas mababa kaysa sa Carnot efficiency dahil sa iba't ibang pagkawala tulad ng Joule heating, thermal conduction, at thermal radiation. Ang aktwal na epektibidad ng isang thermoelectric generator ay depende sa figure of merit (ZT) ng thermoelectric materials, na isang dimensionless parameter na sumusukat ng performance ng isang materyal para sa thermoelectric applications. Ang figure of merit ay ibinibigay ng:
kung saan ang α ay ang Seebeck coefficient, σ ang electrical conductivity, κ ang thermal conductivity, at T ang absolute temperature.
Ang mas mataas ang figure of merit, mas mataas ang epektibidad ng thermoelectric generator. Ang figure of merit ay depende sa both intrinsic properties (tulad ng electron at phonon transport) at extrinsic properties (tulad ng doping level at geometry) ng mga materyales. Ang layunin ng thermoelectric materials research ay hanapin o disenyo ng mga materyales na may mataas na Seebeck coefficient, mataas na electrical conductivity, at mababang thermal conductivity, na madalas magkabaligtaran ang mga requirement.
Karakteristiko ng Materyales
Bismuth telluride (Bi2Te3) at ang mga alloys nito
Lead telluride (PbTe) at ang mga alloys nito
Skutterudites
Half-Heusler compounds
Mga Application
Mga aparato para sa pagpapalamig
Pagbuo ng kuryente mula sa basurang init
Pagbuo ng kuryente mula sa radioisotopes
Mga Hamon
Mababang epektibidad
Mahal na halaga
Thermal management
System integration
Mga Direksyon sa Kinabukasan
Bagong thermoelectric materials
Advanced thermoelectric modules
Innovative thermoelectric systems
Kasimpulan
Ang thermoelectric generators ay mga aparato na maaaring mag-convert ng enerhiyang mainit sa elektrikong enerhiya gamit ang Seebeck effect. Ang thermoelectric generators ay may maraming abilidad kumpara sa conventional power generation methods, tulad ng compactness, reliability, noiselessness, at direct conversion. Ang thermoelectric generators ay may iba't ibang application sa iba't ibang larangan, tulad ng cooling devices, power generation mula sa basurang init, at power generation mula sa radioisotopes. Gayunpaman, ang thermoelectric generators ay may din kayang mga hamon at limitasyon na kailangang lunasan para sa praktikal na pag-implement, tulad ng mababang epektibidad, mahal na halaga, thermal management, at system integration. Ang mga direksyon sa kinabukasan para sa thermoelectric generator research and development ay kasama ang bagong thermoelectric materials, advanced thermoelectric modules, at innovative thermoelectric systems. Ang thermoelectric generators ay may malaking potensyal para sa energy conversion at harvesting applications sa iba't ibang sektor at scenario.
