Nell'anno 1821, un famoso scienziato di nome Johann Seebeck ha ripreso il concetto di gradiente termico che si sviluppa tra due diversi conduttori e questo può generare elettricità. In relazione all'effetto termoelettrico, esiste un concetto chiamato gradiente di temperatura nella sostanza conduttrice che produce calore e questo risultato nella diffusione del portatore di carica. Questo flusso di calore si è sviluppato tra le sostanze calde e fredde voltaggio differenza. Quindi, questo scenario ha scoperto il dispositivo termoelettrico Generatore e oggi il nostro articolo riguarda il funzionamento, i vantaggi, i limiti e i concetti correlati.
Cos'è il generatore termoelettrico?
Thermoelectric è il nome che è la combinazione delle parole elettrico e termo. Quindi il nome significa che il termico corrisponde all'energia termica e l'elettricità corrisponde all'energia elettrica. E i generatori termoelettrici sono i dispositivi che vengono implementati nella conversione della differenza di temperatura che si genera tra le due sezioni in forma elettrica di energia . Questa è la base definizione generatore termoelettrico .
Questi dispositivi dipendono dagli effetti termoelettrici che coinvolgono l'interfaccia che avviene tra il flusso di calore e l'elettricità attraverso componenti solidi.
Costruzione
I generatori termoelettrici sono i dispositivi che sono componenti termici a stato solido costituiti da due giunzioni essenziali che sono di tipo p e di tipo n. La giunzione di tipo P ha una maggiore concentrazione di carica + ve e la giunzione di tipo n ha una maggiore concentrazione di elementi caricati -ve.
I componenti di tipo p sono drogati nella condizione di avere portatori o fori caricati più positivi fornendo così un coefficiente di Seebeck positivo. In modo simile, i componenti di tipo n sono drogati per avere portatori carichi più negativi, fornendo così un tipo negativo di coefficiente di Seeback.
Generatore termoelettrico funzionante
Con il passaggio della connessione elettrica tra le due giunzioni, ogni portante caricato positivamente si sposta verso la giunzione n, e similmente il portante caricato negativamente si sposta verso la giunzione p. Nel costruzione di generatori termoelettrici , l'elemento più implementato è il tellururo di piombo.
È il componente costituito da tellurio e piombo che contengono quantità minime di sodio o bismuto. Oltre a questo, gli altri elementi utilizzati nella costruzione di questo dispositivo sono solfuro di bismuto, tellururo di stagno, tellururo di bismuto, arseniuro di indio, tellururo di germanio e molti altri. Con questi materiali, progettazione di generatori termoelettrici può essere fatto.
Principio di funzionamento del generatore termoelettrico
Il generatore termoelettrico funzionante dipende dall'effetto Seeback. In questo effetto, un anello che si forma tra i due vari metalli genera una fem quando le giunzioni metalliche vengono mantenute a vari livelli di temperatura. A causa di questo scenario, questi sono anche definiti generatori di energia Seeback. Il diagramma a blocchi del generatore termoelettrico è mostrato come:
Diagramma a blocchi
Un generatore termoelettrico è generalmente incluso con una fonte di calore che viene mantenuta a valori elevati di temperatura ed è incluso anche un dissipatore di calore. In questo caso, la temperatura del dissipatore di calore deve essere inferiore a quella della fonte di calore. La variazione dei valori di temperatura per la fonte di calore e il dissipatore di calore consente il flusso di corrente attraverso la sezione di carico.
In questo tipo di trasformazione energetica, non esistono conversioni energetiche transitorie dissimili dagli altri tipi di conversione energetica. Per questo motivo, viene definita trasformazione energetica diretta. La potenza generata a causa di questo effetto Seeback è di tipo DC monofase ed è rappresentata come I.DueRLdove RL corrisponde al valore di resistenza al carico.
La tensione di uscita e i valori di potenza possono essere aumentati in due modi. Uno consiste nell'aumentare la variazione di temperatura che sale tra i bordi caldo e freddo e l'altro è quello di formare un collegamento in serie con i generatori di energia termoelettrica.
La tensione di questo dispositivo TEG è data da V = αΔ T,
Dove 'α' corrisponde al coefficiente di Seeback e 'Δ' è la variazione di temperatura tra le due giunzioni. Con questo, il flusso di corrente è dato da
I = (V / R + RL)
Da questo, l'equazione della tensione è
V = αΔT / R + RL
Da questo, il flusso di potenza attraverso la sezione di carico è
P a carico = (αΔT / R + RL)Due(RL)
La potenza è maggiore quando R raggiunge RL, poi
Pmax = (αΔT)Due/ (4R)
Ci sarà un flusso di corrente fino al momento in cui ci sarà fornitura di calore al bordo caldo e rimozione del calore dal bordo freddo. E la corrente sviluppata è in forma CC e può essere trasformata in tipo CA tramite inverter . I valori di tensione possono essere aumentati maggiormente mediante l'implementazione di trasformatori.
Questo tipo di conversione dell'energia può anche essere reversibile laddove il percorso del flusso di energia può essere modificato. Quando sia l'alimentazione CC che il carico vengono rimossi dai bordi, il calore può essere semplicemente ritirato dai generatori termoelettrici. Quindi, questo è il file teoria del generatore termoelettrico dietro il lavoro.
Equazione di efficienza del generatore termoelettrico
L'efficienza di questo dispositivo è rappresentata come la proporzione tra la potenza generata sul resistore nella sezione di carico e il flusso di calore attraverso il resistore di carico. Questo rapporto è rappresentato come
Efficienza = (Potenza generata a RL) / (Flusso di calore 'Q')
= (IDueRL) / Q
Efficienza = (αΔT / R + RL)Due(RL) / Q
In questo modo è possibile calcolare l'efficienza del generatore termoelettrico.
Tipi di generatori termoelettrici
In base alle dimensioni del dispositivo TEG, al tipo di fonte di calore e alla fonte del dissipatore di calore, alla capacità di alimentazione e allo scopo dell'applicazione, i TEG sono principalmente classificati in tre tipi e sono:
- Generatori di combustibili fossili
- Generatori a combustibile nucleare
- Solare generatori di sorgenti
Generatori di combustibili fossili
Questo tipo di generatore è progettato per utilizzare cherosene, gas naturale, butano, legno, propano e combustibili per jet come fonti di calore. Per le applicazioni commerciali, la potenza di uscita varia da 10-100 watt. Questi tipi di generatori termoelettrici sono impiegati in luoghi remoti come l'assistenza alla navigazione, la raccolta di informazioni, nelle reti di comunicazione e nella sicurezza catodica, evitando così che l'elettrolisi distrugga tubi metallici e sistemi marini.
Generatori a combustibile nucleare
I componenti decomposti degli isotopi radioattivi potrebbero essere utilizzati per offrire una fonte di calore a temperatura aumentata per i dispositivi TEG. Poiché questi dispositivi sono corrispondentemente sensibili alle emissioni nucleari e l'elemento sorgente di calore può essere utilizzato per un lungo periodo, questi generatori termoelettrici a combustibile nucleare vengono applicati in applicazioni remote.
Generatori di sorgenti solari
I generatori termoelettrici solari sono stati impiegati con pochi risultati per fornire energia di dimensioni minime alle pompe di irrigazione in luoghi remoti e aree sottosviluppate. I generatori termoelettrici solari sono costruiti per fornire energia elettrica per veicoli spaziali in orbita.
Vantaggi e svantaggi dei generatori termoelettrici
Il vantaggi del generatore termoelettrico siamo:
- Poiché tutti i componenti utilizzati in questo dispositivo TEG sono a stato solido, hanno una maggiore affidabilità
- La gamma estrema di fonti di carburante
- I dispositivi TEG sono costruiti per fornire una potenza non minima a quella di mW e maggiore di KW, il che significa che hanno un'enorme scalabilità
- Questi sono dispositivi di trasformazione dell'energia diretta
- Operato silenziosamente
- Dimensioni minime
- Questi possono funzionare anche a range estremo e zero di forze gravitazionali
Il svantaggi del generatore termoelettrico siamo:
- Questi sono un po 'costosi rispetto ad altri tipi di generatori
- Questi hanno un'efficienza minima
- Proprietà termiche minime
- Questi dispositivi richiedono una maggiore resistenza in uscita
Applicazioni del generatore termoelettrico
- Per migliorare le prestazioni di carburante delle auto, viene utilizzato principalmente il dispositivo TEG. Questi generatori utilizzano il calore generato al momento del funzionamento del veicolo
- Seebeck Power Generation viene utilizzato per fornire energia al veicolo spaziale.
- I generatori termoelettrici da implementare forniscono energia per le stazioni remote come sistemi meteorologici, reti di relè e altri
Quindi, questo è tutto sul concetto dettagliato di generatori termoelettrici. Nel complesso, poiché i generatori hanno un'enorme importanza, sono ampiamente utilizzati in molte applicazioni in molti domini. A parte questi concetti correlati, l'altro concetto da conoscere chiaramente qui è ciò che è
