I året 1821 genoplivede en berømt videnskabsmand ved navn Johann Seebeck konceptet termisk gradient, der er udviklet mellem to forskellige ledere, og dette kan generere elektricitet. I forhold til den termoelektriske effekt er der et koncept kaldet temperaturgradient i det ledende stof, der producerer varme, og dette resultat i ladningsbærerens diffusion. Denne varmestrøm mellem de varme og kølige stoffer, der udvikles spænding forskel. Så dette scenarie har opdaget enhedens termoelektriske generator og i dag handler vores artikel om dens arbejde, fordele, begrænsninger og relaterede begreber.
Hvad er termoelektrisk generator?
Termoelektrisk er navnet, der er kombinationen af ordene elektrisk og termo. Så navnet betyder, at termisk svarer til varmeenergi og elektricitet svarer til elektrisk energi. Og termoelektriske generatorer er de enheder, der implementeres i konverteringen af den temperaturforskel, der genereres mellem de to sektioner til elektrisk form for energi . Dette er det grundlæggende definition af termoelektrisk generator .
Disse enheder er afhængige af de termoelektriske effekter, der involverer grænseflade, der sker mellem varmestrøm og elektricitet gennem faste komponenter.
Konstruktion
Termoelektriske generatorer er de enheder, der er solid-state varmekomponenter konstrueret af to vigtige forbindelsespunkter, der er p-type og n-type. P-type-krydset har en øget koncentration på + ve-ladning, og n-type-krydset har en øget koncentration af -ve-ladede elementer.
Komponenterne af p-typen er doteret i den tilstand, at de har mere positivt ladede bærere eller huller, hvilket giver en positiv Seebeck-koefficient. På en lignende måde doteres komponenter af n-typen til at have mere negativt ladede bærere, hvilket tilvejebringer en negativ type Seeback-koefficient.
Termoelektrisk generator arbejder
Med passagen af den elektriske forbindelse mellem de to kryds bevæger hver positivt ladet bærer sig til n-krydset, og tilsvarende negativt ladet bærer bevæger sig til p-krydset. I termoelektrisk generator konstruktion , det mest implementerede element er bly telluride.
Det er komponenten, der er konstrueret af tellur og bly, som har minimale mængder af enten natrium eller vismut. Ud over dette er de andre elementer, der anvendes i denne enhedskonstruktion, bismuth sulfid, tin tellurid, bismuth telluride, indiumarsenid, germanium tellurid og mange andre. Med disse materialer, design af termoelektrisk generator kan lade sig gøre.
Arbejdsprincip for termoelektriske generatorer
Det termoelektrisk generator fungerer afhænger af Seeback-effekten. I denne effekt genererer en sløjfe, der dannes imellem de to forskellige metaller, en emf, når metalforbindelserne holdes ved forskellige temperaturniveauer. Som på grund af dette scenarie betegnes disse også som Seeback-generatorer. Det termoelektrisk generatorblokdiagram vises som:
Blokdiagram
En termoelektrisk generator er generelt inkluderet med en varmekilde, der holdes ved høje temperaturværdier, og en køleplade er også inkluderet. Her skal kølelegemets temperatur være lavere end varmekildens. Ændringen i temperaturværdier for varmekilden og kølelegemet tillader strømmen over belastningssektionen.
I denne form for energitransformation findes der ingen overgangs energikonverteringer, der er ulige de andre typer energikonvertering. Som på grund af dette betegnes det som direkte energitransformation. Den genererede effekt på grund af denne Seeback-effekt er af enfaset DC-type og er repræsenteret som ItoRLhvor RL svarer til modstandsværdi ved belastning.
Udgangsspændingen og effektværdierne kan øges på to måder. Den ene er ved at øge temperaturvariationen, der stiger mellem varme og kolde kanter, og den anden er at danne en serieforbindelse med termoelektriske generatorer.
Spændingen på denne TEG-enhed er givet ved V = αΔ T,
Hvor 'α' svarer til Seeback-koefficienten, og 'Δ' er temperaturvariationen mellem de to kryds. Med dette er strømmen givet af
I = (V / R + RL)
Fra dette er spændingsligningen
V = αΔT / R + RL
Fra dette er strømmen over belastningssektionen
P ved belastning = (αΔT / R + RL)to(RL)
Effektklassificeringen er mere, når R når op på RL, derefter
Pmax = (αΔT)to/ (4R)
Der vil være strømflow indtil det tidspunkt, hvor der er varmeforsyning til den varme kant og fjernelse af varme fra den kolde kant. Og den udviklede strøm er i jævnstrømsform, og den kan omdannes til vekselstrømstype igennem invertere . Spændingsværdierne kan forstærkes mere gennem implementering af transformere.
Denne form for energiomdannelse kan også være reversibel, hvor energistrømningsstien kan ændres tilbage. Når både jævnstrøm og belastning fjernes fra kanterne, kan varmen simpelthen trækkes tilbage fra termoelektriske generatorer. Så dette er den teori om termoelektrisk generator bag arbejde.
Termoelektrisk generatoreffektivitetsligning
Effektiviteten af denne enhed er repræsenteret som andelen af genereret effekt ved modstanden ved belastningssektionen til varmestrømmen over belastningsmodstanden. Dette forhold er repræsenteret som
Effektivitet = (genereret effekt ved RL) / (Varmestrøm 'Q')
= (ItoRL) / Q
Effektivitet = (αΔT / R + RL)to(RL) / Q
Dette er, hvordan effektiviteten af den termoelektriske generator kan beregnes.
Typer af termoelektriske generatorer
Baseret på TEG-enhedens størrelse, slags varmekilde og kilde til kølelegeme, strømevne og anvendelsesformål, klassificeres TEG hovedsageligt som tre typer, og disse er:
- Generatorer til fossile brændstoffer
- Kernedrevne generatorer
- Solar kilde generatorer
Fossile brændstofgeneratorer
Denne type generator er designet til at bruge petroleum, naturgas, butan, træ, propan og jetbrændstoffer som varmekilder. Til kommercielle applikationer varierer udgangseffekten fra 10-100 watt. Disse slags termoelektriske generatorer anvendes i fjerntliggende steder som i navigationsassistenter, informationsindsamling, i kommunikationsnetværk og i katodisk sikkerhed og undgår således elektrolyse fra at ødelægge metalliske rør og marine systemer.
Kernefyrede generatorer
De nedbrudte komponenter i de radioaktive isotoper kan anvendes til at tilbyde TEG-enhederne en varmekilde med forøget temperatur. Da disse indretninger er tilsvarende følsomme over for nuklear emission, og varmekildeelementet kan bruges i lang tid, anvendes disse nukleart drevne termoelektriske generatorer i fjerntliggende applikationer.
Solkildegeneratorer
Termoelektriske generatorer til solenergi er blevet anvendt med få præstationer for at give vandingspumper med minimal effekt på fjerntliggende steder og underudviklede områder. Sol-termoelektriske generatorer er konstrueret til at levere strøm til kredsløb om rumfartøjer.
Fordele og ulemper ved termoelektriske generatorer
Det fordelene ved den termoelektriske generator er:
- Da alle komponenter, der bruges i denne TEG-enhed, er solid-state, har de forbedret pålidelighed
- Det ekstreme udvalg af brændstofkilder
- TEG-enheder er konstrueret til at levere effekt, der ikke varierer mindst til mW og større end KW, hvilket betyder, at de har enorm skalerbarhed
- Disse er direkte energitransformationsenheder
- Betjenes stille
- Minimal størrelse
- Disse kan fungere selv ved ekstreme tyngdekræfter og nul
Det ulemper ved termoelektrisk generator er:
- Disse er lidt dyre sammenlignet med andre slags generatorer
- Disse har minimal effektivitet
- Minimale termiske egenskaber
- Disse enheder har brug for mere outputmodstand
Anvendelser af termoelektriske generatorer
- For at forbedre bilers brændstofydelse anvendes TEG-enheden for det meste. Disse generatorer bruger varme, der genereres på køretidstiden
- Seebeck Power Generation bruges til at levere strøm til rumfartøjet.
- Termoelektriske generatorer, der skal implementeres, leverer strøm til fjernstationer såsom vejrsystemer, relænetværk og andre
Så dette handler om det detaljerede koncept for termoelektriske generatorer. I det store og hele, da generatorer har stor fremtrædende plads, bruges de i vid udstrækning i mange applikationer på tværs af mange domæner. Bortset fra disse relaterede begreber er det andet koncept, der skal være klart kendt her, hvad der er
