Aastal 1821 taaselustas kuulus teadlane Johann Seebeck termilise gradiendi kontseptsiooni, mis on välja töötatud kahe erineva juhi vahel ja mis võib toota elektrit. Seoses termoelektrilise efektiga on olemas kontseptsioon, mida nimetatakse temperatuuri gradiendiks juhtivas aines, mis toodab soojust ja seda tulemust laengukandja difusioonis. See soojusvoog tekkis kuumade ja jahedate ainete vahel Pinge erinevus. Niisiis, see stsenaarium on avastanud seadme termoelektrilise generaator ja täna on meie artikkel selle toimimise, eeliste, piirangute ja seotud mõistete kohta.

Mis on termoelektriline generaator?

Termoelektriline on nimi, mis on sõnade elektriline ja termo kombinatsioon. Nii et nimi tähistab, et soojusenergia vastab soojusenergiale ja elekter vastab elektrienergiale. Termoelektrilised generaatorid on seadmed, mis rakendatakse kahe sektsiooni vahel tekkiva temperatuurivahe teisendamisel elektriline energiavorm . See on põhiline termoelektrilise generaatori määratlus .

Need seadmed sõltuvad termoelektrilistest mõjudest, mis hõlmavad tahkete komponentide kaudu soojusvoo ja elektri vahelist liidest.

Ehitus

Termoelektrilised generaatorid on seadmed, mis on tahkis-soojuskomponendid, mis on ehitatud kahest olulisest ristmikust, mis on p-tüüpi ja n-tüüpi. P-tüüpi ristmikul on suurenenud + ve laengu kontsentratsioon ja n-tüüpi ristmikul on suurenenud -ve laetud elementide kontsentratsioon.

P-tüüpi komponendid on dopeeritud tingimusel, et neil oleks rohkem positiivselt laetud kandjaid või auke, andes seega positiivse Seebecki koefitsiendi. Sarnasel viisil seotakse n-tüüpi komponente, et neil oleks rohkem negatiivselt laetud kandjaid, andes seeläbi negatiivse Seebacki koefitsiendi.

Termoelektriline generaator töötab

Kahe ristmiku vahelise elektrilise ühenduse möödumisel liigub iga positiivselt laetud kandur n-ristmikule ja sarnaselt negatiivselt laetud kandur p-ristmikule. Aastal termoelektrigeneraatori ehitus , on kõige enam rakendatud pliitelluriid.

See on telluurist ja pliist valmistatud komponent, milles on minimaalselt naatriumi või vismutit. Lisaks sellele on selle seadme konstruktsioonis kasutatud muud elemendid vismut-sulfiid, tina-telluriid, vismut-telluriid, indiumarseeniid, germaanium-telluriid ja paljud teised. Nende materjalidega termoelektrilise generaatori disain saab teha.

Termoelektrigeneraatori tööpõhimõte

The termoelektriline generaator töötab sõltub Seebacki efektist. Selle tulemusel tekitab kahe erineva metalli vahele moodustunud silmus emf, kui metallide ristmikke hoitakse erinevatel temperatuuritasemetel. Selle stsenaariumi tõttu nimetatakse neid ka Seebacki elektrigeneraatoriteks. The termoelektrilise generaatori plokkskeem kuvatakse järgmiselt:

Blokeeri skeem

Termoelektriline generaator on tavaliselt varustatud soojusallikaga, mida hoitakse kõrgel temperatuuril, ja ka jahutusradiaator. Siin peab jahutusradiaatori temperatuur olema madalam kui soojusallika temperatuur. Soojusallika ja jahutusradiaatori temperatuuri väärtuste muutus võimaldab voolavat voolu kogu koormuse osas.

Sellises energia muundumises ei esine energia ülemineku teisendusi, mis sarnaneksid teiste energia muundamise tüüpidega. Seetõttu nimetatakse seda energia otseseks muundumiseks. Selle Seebacki efekti tõttu genereeritud võimsus on ühefaasiline alalisvoolu tüüpi ja seda tähistatakse kui I^kaksR_Lkus RL vastab koormuse takistuse väärtusele.

Väljundpinge ja võimsuse väärtusi saab suurendada kahel viisil. Üks on temperatuuri varieerumise suurendamine, mis tõuseb kuumade ja külmade servade vahel, ja teine on seeriaühenduse loomine termoelektriliste generaatoritega.

Selle TEG-seadme pinge on antud V = αΔ T,

Kui ‘α’ vastab Seebacki koefitsiendile ja ‘Δ’ on temperatuuri kõikumine kahe ristmiku vahel. Sellega annab voolu voolu

I = (V / R + R_L)

Sellest lähtuvalt on pingevõrrand

V = aT / R + R_L

Sellest alates on voolu voog kogu koormuse osas

P koormusel = (αΔT / R + R_L)^kaks(R_L)

Võimsus on suurem, kui R jõuab R-ni_Lsiis

Pmax = (αΔT)^kaks/ (4R)

Vooluhulk toimub kuni ajani, mil kuumale servale antakse sooja ja külmast servast eemaldatakse soojus. Ja väljatöötatud vool on alalisvoolu kujul ja seda saab selle kaudu muuta vahelduvvoolu tüübiks inverterid . Trafode rakendamise abil saab pingeväärtusi rohkem suurendada.

Selline energia muundamine võib olla ka pöörduv, kui energiavoo rada saab tagasi muuta. Kui nii alalisvoolutugevus kui ka koormus on servadest eemaldatud, saab termoelektrigeneraatoritest soojust lihtsalt välja võtta. Nii et see on termoelektrigeneraatori teooria töötamise taga.

Termoelektrilise generaatori efektiivsuse võrrand

Selle seadme efektiivsus on kujutatud koormuse korral takisti tekitatud võimsuse ja koormustakisti soojusvoo suhtena. Seda suhet esitatakse järgmiselt:

Efektiivsus = (genereeritud võimsus RL-l) / (soojusvool Q)

= (I^kaksR_L) / Q

Efektiivsus = (αΔT / R + R_L)^kaks(R_L) / Q

Nii saab arvutada termoelektrigeneraatori efektiivsuse.

Termoelektriliste generaatorite tüübid

Lähtudes TEG-seadme suurusest, soojusallika tüübist ja jahutusallika allikast, võimsusvõimest ja rakenduseesmärgist, klassifitseeritakse TEG-d peamiselt kolme tüüpi ja need on:

Fossiilkütuse generaatorid
Tuumakütusel töötavad generaatorid
Päikeseenergia allikageneraatorid

Fossiilkütuse generaatorid

Seda tüüpi generaatorid on kavandatud kütteallikatena petrooleumi, maagaasi, butaani, puidu, propaani ja reaktiivkütuste kasutamiseks. Ärilistel eesmärkidel on väljundvõimsus vahemikus 10-100 vatti. Selliseid termoelektrigeneraatoreid kasutatakse kaugemates kohtades, näiteks navigeerimisabivahendites, teabe kogumisel, sidevõrkudes ja katoodilise ohutuse tagamisel, vältides seega elektrolüüsi metalltorude ja meresüsteemide hävitamisel.

Tuumakütusel töötavad generaatorid

Radioaktiivsete isotoopide lagunenud komponente võidakse kasutada kõrgendatud temperatuuriga soojusallika pakkumiseks TEG-seadmete jaoks. Kuna need seadmed on vastavalt tuumakiirguse suhtes mõistlikud ja soojusallika elementi saab pikka aega kasutada, rakendatakse neid tuumakütusel töötavaid termoelektrigeneraatoreid kaugrakendustes.

Päikeseallika generaatorid

Termoelektrilisi päikesegeneraatoreid on kasutatud väheste saavutustega, et tagada niisutuspumpade minimaalne võimsus kaugemates ja vähearenenud piirkondades. Termoelektrilised päikesegeneraatorid on konstrueeritud kosmoseaparaatide orbiidil elektrivarustuse pakkumiseks.

Termoelektrigeneraatorite eelised ja puudused

The termoelektrigeneraatori eelised on:

“kuidas vooluahela komponendid toimivad? ”

Kuna kõik selles TEG-seadmes kasutatavad komponendid on tahkis, on neil töökindlus suurenenud
Kütuseallikate äärmuslik ulatus
TEG-seadmed on konstrueeritud pakkuma võimsust, mis ei ole minimaalne kui mW ja suurem kui KW, mis tähendab, et neil on tohutu mastaapsus
Need on otsesed energia muundamise seadmed
Vaikselt juhitav
Minimaalne suurus
Need võivad toimida ka gravitatsioonijõudude äärmisel ja nullväljal

The termoelektrigeneraatori puudused on:

Need on teist tüüpi generaatoritega võrreldes veidi kallid
Neil on minimaalne efektiivsus
Minimaalsed termilised omadused
Need seadmed vajavad suuremat väljundtakistust

Termoelektriliste generaatorite rakendused

Autode kütusekulu parandamiseks kasutatakse enamasti TEG-seadet. Need generaatorid kasutavad soojust, mis tekib sõiduki töötamise ajal
Kosmoseaparaadi toiteks kasutatakse Seebecki elektritootmist.
Rakendatud termoelektrigeneraatorid annavad energiat kaugematele jaamadele, nagu ilmastiku süsteemid, releevõrgud ja teised

Niisiis, see kõik puudutab termoelektriliste generaatorite üksikasjalikku kontseptsiooni. Üldiselt, kuna generaatoritel on tohutu tähtsus, kasutatakse neid paljudes rakendustes paljudes valdkondades laialdaselt. Peale nende seotud mõistete on teine siin selgelt tuntud mõiste see, mis on