През 1821 г. известен учен на име Йохан Зеебек възроди концепцията за термичен градиент, който е разработен между два различни проводника и това може да генерира електричество. Във връзка с термоелектричния ефект има концепция, наречена градиент на температурата в проводящото вещество, което произвежда топлина и този резултат в дифузията на носителя на заряда. Този топлинен поток между горещите и хладни вещества се развива волтаж разлика. И така, този сценарий откри устройството термоелектрическо генератор и днес нашата статия е за нейната работа, предимства, ограничения и свързани понятия.

Какво е термоелектрически генератор?

Термоелектрикът е името, което е комбинацията от думи електрически и термо. Името означава, че топлината съответства на топлинната енергия, а електричеството съответства на електрическата енергия. А термоелектрическите генератори са устройствата, които са внедрени при преобразуването на температурната разлика, която се генерира между двете секции в електрическа форма на енергия . Това е основното дефиниция на термоелектрически генератор .

Тези устройства зависят от термоелектрическите ефекти, които включват интерфейс, който се случва между топлинния поток и електричеството чрез твърди компоненти.

Строителство

Термоелектрическите генератори са устройствата, които са полупроводникови топлинни компоненти, изградени от два основни кръстовища, които са p-тип и n-тип. Преходът от тип P има повишена концентрация на + ve заряд, а връзката от тип n има повишена концентрация на -ve заредени елементи.

Компонентите от тип p са легирани в състояние да имат повече положително заредени носители или дупки, като по този начин се осигурява положителен коефициент на Seebeck. По подобен начин компонентите от n-тип са легирани, за да имат повече отрицателно заредени носители, като по този начин осигуряват отрицателен тип коефициент на Seeback.

Термоелектрически генератор работи

С преминаването на електрическата връзка между двата кръстовища всеки положително зареден носител се придвижва към n-кръстовището, а подобно отрицателно зареденият носител се движи към p-кръстовището. В конструкция на термоелектрически генератор , най-внедреният елемент е оловен телурид.

Това е компонентът, който е изграден от телур и олово, които имат минимални количества или натрий, или бисмут. В допълнение към това, другите елементи, които се използват в тази конструкция на устройството, са бисмутов сулфид, калаев телурид, бисмутов телурид, индиев арсенид, германиев телурид и много други. С тези материали, дизайн на термоелектрически генератор може да се направи.

Принцип на работа на термоелектрическия генератор

The термоелектрически генератор работещ зависи от ефекта Seeback. В този ефект, контур, който се образува между двата различни метала, генерира ЕРС, когато металните връзки се поддържат при различни температурни нива. Поради този сценарий те също се наричат генератори на енергия на Seeback. The блок-схема на термоелектрически генератор се показва като:

Блокова диаграма

Термоелектрическият генератор обикновено се включва с източник на топлина, който се поддържа при високи температурни стойности, а също така е включен и радиатор. Тук температурата на радиатора трябва да бъде по-ниска от тази на топлинния източник. Промяната в температурните стойности за източника на топлина и радиатора позволява протичането на ток през товарната секция.

При този вид енергийна трансформация не съществуват преходни енергийни преобразувания, различни от другите видове енергийна конверсия. Поради това тя се нарича пряка енергийна трансформация. Генерираната мощност поради този ефект на обратна връзка е от еднофазен DC тип и се представя като I^двеR_Lкъдето RL съответства на стойността на съпротивлението при натоварване.

Стойностите на изходното напрежение и мощност могат да бъдат увеличени по два начина. Единият е чрез увеличаване на температурните вариации, които се увеличават между горещите и студените ръбове, а другият е да се образува последователна връзка с термоелектрически генератори на енергия.

Напрежението на това TEG устройство се дава от V = αΔ T,

Където „α“ съответства на коефициента на Seeback, а „Δ“ е температурната промяна между двете връзки. С това текущият поток се дава от

I = (V / R + R_L)

От това уравнението на напрежението е

V = αΔT / R + R_L

От това, силовият поток през товарната секция е

P при натоварване = (αΔT / R + R_L)^две(R_L)

Номиналната мощност е по-голяма, когато R достига до R_L, тогава

Pmax = (αΔT)^две/ (4R)

Токът ще тече до момента, в който има подаване на топлина към горещия ръб и отвеждане на топлината от студения ръб. А разработеният ток е в постоянен ток и може да се трансформира в променлив тип чрез инвертори . Стойностите на напрежението могат да бъдат по-увеличени чрез изпълнението на трансформатори.

Този вид преобразуване на енергия също може да бъде обратим, когато пътят на енергийния поток може да бъде променен обратно. Когато както постояннотоковата мощност, така и натоварването са отстранени от краищата, тогава топлината може просто да бъде изтеглена от термоелектрическите генератори. И така, това е теория на термоелектричния генератор зад работа.

Уравнение на ефективността на термоелектрическия генератор

Ефективността на това устройство се представя като съотношението на генерираната мощност в резистора в товарната секция към топлинния поток през товарния резистор. Това съотношение е представено като

Ефективност = (Генерирана мощност при RL) / (Топлинен поток ‘Q’)

= (I^двеR_L) / Q

Ефективност = (αΔT / R + R_L)^две(R_L) / Q

По този начин може да се изчисли ефективността на термоелектрическия генератор.

Типове термоелектрически генератори

Въз основа на размера на TEG устройството, вида на източника на топлина и източника за радиатор, мощността и целта на приложението, TEG се класифицират главно като три вида и това са:

Генератори на изкопаеми горива
Генератори с ядрено гориво
Слънчева генератори на източници

Генератори на изкопаеми горива

Този тип генератор е проектиран да използва керосин, природен газ, бутан, дърво, пропан и реактивни горива като източници на топлина. За търговски приложения изходната мощност варира от 10-100 вата. Тези видове термоелектрически генератори се използват в отдалечени места, като например навигационна помощ, събиране на информация, комуникационни мрежи и катодна безопасност, като по този начин се избягва електролизата от разрушаване на метални тръби и морски системи.

Генератори с ядрено гориво

Разложените компоненти на радиоактивните изотопи могат да бъдат използвани за предлагане на топлинен източник с повишена температура за TEG устройствата. Тъй като тези устройства са съответно чувствителни към ядрени емисии и елементът на източника на топлина може да се използва за дълъг период от време, тези термоелектрически генератори с ядрено гориво се прилагат в отдалечени приложения.

Генератори на слънчеви източници

Слънчевите термоелектрически генератори са били използвани с малко постижения, за да осигурят мощност минимален размер на напоителните помпи в отдалечени места и слабо развити райони. Слънчевите термоелектрически генератори са конструирани да доставят електрическа енергия за орбитални космически кораби.

Предимства и недостатъци на термоелектрическите генератори

The предимства на термоелектрическия генератор са:

“как работи електронно -лъчевата тръба ”

Тъй като всички компоненти, използвани в това TEG устройство, са в твърдо състояние, те имат повишена надеждност
Екстремният диапазон на източниците на гориво
Устройствата TEG са конструирани да доставят мощност не по-малка от тази на mW и по-голяма от KW, което означава, че имат огромна скалируемост
Това са устройства за директно преобразуване на енергия
Тихо опериран
Минимален размер
Те могат да функционират дори при екстремни и нулеви граници на гравитационните сили

The недостатъци на термоелектрическия генератор са:

Те са малко скъпи в сравнение с други видове генератори
Те имат минимална ефективност
Минимални топлинни свойства
Тези устройства се нуждаят от повече изходно съпротивление

Приложения за термоелектрически генератор

За подобряване на горивните характеристики на автомобилите се използва предимно устройството TEG. Тези генератори използват топлина, която се генерира по време на работа на превозното средство
Seebeck Power Generation се използва за осигуряване на енергия за космическия кораб.
Вградените термоелектрически генератори осигуряват захранване на отдалечените станции като метеорологични системи, релейни мрежи и други

И така, всичко е свързано с подробната концепция за термоелектрическите генератори. Като цяло, тъй като генераторите имат огромно значение, те се използват широко в много приложения в много домейни. Освен тези свързани понятия, другото понятие, което трябва да бъде ясно известно тук, е това, което е