Leta 1821 je slavni znanstvenik po imenu Johann Seebeck obudil koncept toplotnega gradienta, ki je razvit med dvema različnima vodnikoma in lahko tvori elektriko. V zvezi s termoelektričnim učinkom obstaja koncept, imenovan temperaturni gradient v prevodni snovi, ki proizvaja toploto in ta rezultat pri difuziji nosilca naboja. Ta toplotni tok med vročimi in hladnimi snovmi se je razvil Napetost Razlika. Torej, ta scenarij je odkril napravo termoelektrično generator , in danes je naš članek o njegovem delovanju, prednostih, omejitvah in povezanih konceptih.
Kaj je termoelektrični generator?
Termoelektrično je ime, ki je kombinacija besed električni in termo. Ime torej pomeni, da toplotna ustreza toplotni energiji, elektrika pa električni. Termoelektrični generatorji so naprave, ki se izvajajo pri pretvorbi temperaturne razlike, ki nastane med obema odsekoma, v električna oblika energije . To je osnovno definicija termoelektričnega generatorja .
Te naprave so odvisne od termoelektričnih učinkov, ki vključujejo vmesnik med toplotnim tokom in elektriko skozi trdne komponente.
Gradnja
Termoelektrični generatorji so naprave, ki so polprevodniške toplotne komponente, zgrajene iz dveh bistvenih spojev, ki sta p-tipa in n-tipa. Stik P-tipa ima povečano koncentracijo + ve naboja, stik n-tipa pa povečano koncentracijo -ve nabitih elementov.
Komponente tipa p so dopirane v stanju, da imajo več pozitivno nabitih nosilcev ali lukenj, kar zagotavlja pozitiven Seebeckov koeficient. Na podoben način so komponente tipa n dopirane tako, da imajo več negativno nabitih nosilcev, kar zagotavlja negativni tip koeficienta Seeback.
Termoelektrični generator deluje
S prehodom električne povezave med obema križiščema se vsak pozitivno nabit nosilec premakne na n-spoj, podobno negativno nabit nosilec pa na p-spoj. V konstrukcija termoelektričnega generatorja , najbolj uporabljen element je svinčev telurid.
Komponenta, ki je zgrajena iz telurja in svinca, imata najmanj natrija ali bizmuta. Poleg tega so drugi elementi, ki se uporabljajo v tej konstrukciji naprave, bizmutov sulfid, kositrov telurid, bizmutov telurid, indijev arzenid, germanijev telurid in mnogi drugi. S temi materiali zasnova termoelektričnega generatorja je lahko narejeno.
Načelo delovanja termoelektričnega generatorja
The termoelektrični generator deluje je odvisno od učinka povratnega učinka. V tem učinku zanka, ki nastane med obema različnima kovinama, ustvari emf, ko se kovinski stiki vzdržujejo na različnih temperaturnih ravneh. Zaradi tega scenarija so tudi ti generatorji električne energije Seeback. The blokovni diagram termoelektričnega generatorja je prikazan kot:
Blok diagram
Termoelektrični generator je običajno vključen v vir toplote, ki se vzdržuje pri visokih temperaturah, vključen pa je tudi hladilni odvod. Tu mora biti temperatura hladilnega telesa nižja od temperature vira toplote. Sprememba temperaturnih vrednosti za vir toplote in hladilno telo omogoča pretok toka skozi obremenitveni odsek.
Pri tej vrsti preobrazbe energije ni nobenih prehodnih pretvorb energije, ki bi bile drugačne od drugih vrst pretvorbe energije. Zaradi tega se imenuje neposredna energetska preobrazba. Generirana moč zaradi tega učinka Seeback je enofazna enosmerna in je predstavljena kot IdvaRLkjer RL ustreza vrednosti upora pri obremenitvi.
Vrednosti izhodne napetosti in moči je mogoče povečati na dva načina. Eno je s povečanjem temperaturnih nihanj, ki narašča med vročimi in hladnimi robovi, drugo pa je oblikovanje serijske povezave s termoelektričnimi generatorji.
Napetost te naprave TEG je podana z V = αΔ T,
Kjer ‘α’ ustreza koeficientu Seeback-a, ‘Δ’ pa je temperaturno nihanje med obema križiščema. S tem je trenutni pretok podan z
I = (V / R + RL)
Iz tega izhaja napetostna enačba
V = αΔT / R + RL
Od tega je pretok moči čez tovorni del
P pri obremenitvi = (αΔT / R + RL)dva(RL)
Moč je večja, ko R doseže RL, potem
Pmax = (αΔT)dva/ (4R)
Tok bo potekal do trenutka, ko se vroči rob oskrbi s toploto in odstrani toploto s hladnega roba. In razviti tok je v enosmerni obliki in ga je mogoče pretvoriti v AC tip pretvorniki . Vrednosti napetosti je mogoče povečati z uporabo transformatorjev.
Tovrstna pretvorba energije je lahko tudi reverzibilna, kadar je mogoče pot energijskega toka spremeniti nazaj. Ko se enosmerna moč in obremenitev odstranijo z robov, lahko toploto preprosto odvzamemo iz termoelektričnih generatorjev. Torej, to je teorija termoelektričnega generatorja za delom.
Enačba učinkovitosti termoelektričnega generatorja
Učinkovitost te naprave je predstavljena kot delež proizvedene moči na uporu na obremenitvenem odseku do toplotnega toka čez obremenitveni upor. To razmerje je predstavljeno kot
Učinkovitost = (generirana moč pri RL) / (toplotni tok ‘Q’)
= (IdvaRL) / Q
Učinkovitost = (αΔT / R + RL)dva(RL) / Q
Tako lahko izračunamo izkoristek termoelektričnega generatorja.
Vrste termoelektričnih generatorjev
Glede na velikost naprave TEG, vrsto vira toplote in vir za hladilno telo, zmožnost napajanja in namen uporabe so TEG-ji v glavnem razvrščeni v tri vrste, in sicer:
- Generatorji fosilnih goriv
- Generatorji na jedrsko gorivo
- Sončna izvorni generatorji
Generatorji fosilnih goriv
Ta vrsta generatorja je zasnovana tako, da kot vire toplote uporablja kerozin, zemeljski plin, butan, les, propan in reaktivna goriva. Za komercialne namene se izhodna moč giblje med 10-100 vati. Tovrstni termoelektrični generatorji se uporabljajo na oddaljenih lokacijah, na primer pri navigacijskih sistemih, zbiranju informacij, v komunikacijskih omrežjih in pri katodni varnosti, s čimer se izognemo elektrolizi, ki bi uničila kovinske cevi in morske sisteme.
Generatorji na jedrsko gorivo
Razpadle komponente radioaktivnih izotopov bi lahko uporabili za zagotavljanje vira toplote za povišane temperature za naprave TEG. Ker so te naprave ustrezno občutljive za jedrske emisije in se element vira toplote lahko uporablja dalj časa, se ti termoelektrični generatorji z jedrskim gorivom uporabljajo v oddaljenih aplikacijah.
Generatorji sončnih virov
Sončni termoelektrični generatorji so bili uporabljeni z nekaj dosežki, da bi zagotovili minimalno moč namakalnih črpalk na oddaljenih lokacijah in v nerazvitih območjih. Sončni termoelektrični generatorji so izdelani za oskrbo z električno energijo v orbiti vesoljskih plovil.
Prednosti in slabosti termoelektričnih generatorjev
The prednosti termoelektričnega generatorja so:
- Ker so vse komponente te naprave TEG polprevodniške, imajo večjo zanesljivost
- Skrajni razpon virov goriva
- Naprave TEG so izdelane tako, da zagotavljajo moč, ki ni manjša od moči mW in večja od KW, kar pomeni, da imajo veliko razširljivost
- To so naprave za neposredno pretvorbo energije
- Tiho upravljal
- Najmanjša velikost
- Ti lahko delujejo tudi pri ekstremnem in ničelnem območju gravitacijskih sil
The slabosti termoelektričnega generatorja so:
- Ti so nekoliko dražji v primerjavi z drugimi vrstami generatorjev
- Ti imajo minimalno učinkovitost
- Minimalne toplotne lastnosti
- Te naprave potrebujejo večjo izhodno odpornost
Uporaba termoelektričnega generatorja
- Za povečanje učinkovitosti goriva avtomobilov je večinoma uporabljena naprava TEG. Ti generatorji izkoriščajo toploto, ki nastane v času delovanja vozila
- Seebeck Power Generation se uporablja za oskrbo vesoljskih plovil z električno energijo.
- Vgrajeni termoelektrični generatorji zagotavljajo napajanje oddaljenih postaj, kot so vremenski sistemi, relejna omrežja in drugi
Gre torej za podroben koncept termoelektričnih generatorjev. Na splošno imajo generatorji velik pomen, zato se pogosto uporabljajo v številnih aplikacijah na številnih področjih. Poleg teh sorodnih konceptov je drugi koncept, ki ga je treba tukaj jasno poznati, to, kar je
