1821. gadā slavens zinātnieks Johans Zēbeks atdzīvināja termiskā gradienta koncepciju, kas izstrādāta starp diviem dažādiem vadītājiem, un tas var radīt elektrību. Saistībā ar termoelektrisko efektu ir jēdziens, ko sauc par temperatūras gradientu vadošajā vielā, kas ražo siltumu un šo iznākumu lādiņa nesēja difūzijā. Šī siltuma plūsma izveidojās starp karstajām un vēsajām vielām spriegums atšķirība. Tātad, šis scenārijs ir atklājis ierīces termoelektrisko ģenerators , un šodien mūsu raksts ir par tā darbību, priekšrocībām, ierobežojumiem un saistītajiem jēdzieniem.
Kas ir termoelektriskais ģenerators?
Termoelektriskais ir nosaukums, kas ir vārdu un termo kombinācija. Tātad nosaukums norāda, ka siltums atbilst siltumenerģijai un elektrība atbilst elektriskajai enerģijai. Termoelektriskie ģeneratori ir ierīces, kas tiek ieviestas, pārveidojot temperatūras starpību, kas rodas starp abām sekcijām, enerģijas elektriskā forma . Tas ir pamata termoelektriskā ģeneratora definīcija .
Šīs ierīces ir atkarīgas no termoelektriskās iedarbības, kas ietver saskarni, kas notiek starp siltuma plūsmu un elektrību caur cietajiem komponentiem.
Celtniecība
Termoelektriskie ģeneratori ir ierīces, kas ir cietvielu siltuma komponenti, kas izgatavoti no diviem būtiskiem savienojumiem, kas ir p tipa un n tipa. P tipa krustojumam ir palielināta + ve lādiņa koncentrācija, un n veida krustojumam ir palielināta -ve lādētu elementu koncentrācija.
P tipa komponentiem tiek leģēti nosacījumi, ka tiem ir vairāk pozitīvi uzlādētu nesēju vai caurumu, tādējādi nodrošinot pozitīvu Zēbeka koeficientu. Līdzīgā veidā n tipa komponentiem tiek pievienoti leņķi, lai tiem būtu vairāk negatīvi uzlādētu nesēju, tādējādi nodrošinot negatīvu Seeback koeficienta veidu.
Termoelektriskā ģeneratora darbība
Pārejot elektrisko savienojumu starp abiem krustojumiem, katrs pozitīvi uzlādēts nesējs pārvietojas uz n-krustojumu, un līdzīgi negatīvi lādēts nesējs pāriet uz p-krustojumu. Iekš termoelektriskā ģeneratora konstrukcija , visvairāk ieviestais elements ir svina telurīds.
Tas ir komponents, kas ir izgatavots no telūra un svina un kurā ir minimāls nātrija vai bismuta daudzums. Papildus tam citi šīs ierīces konstrukcijā izmantotie elementi ir bismuta sulfīds, alvas telurīds, bismuta telurīds, indija arsenīds, germānija telurīds un daudzi citi. Izmantojot šos materiālus, termoelektrisko ģeneratoru dizains var tikt izdarīts.
Termoelektriskā ģeneratora darbības princips
The termoelektriskā ģeneratora darbība ir atkarīgs no Seeback efekta. Šajā sakarā cilpa, kas veidojas starp diviem dažādiem metāliem, rada emf, kad metāla savienojumi tiek uzturēti dažādos temperatūras līmeņos. Šī scenārija dēļ tos sauc arī par Seeback enerģijas ģeneratoriem. The termoelektriskā ģeneratora blokshēma tiek parādīts kā:
Blokshēma
Termoelektriskais ģenerators parasti ir iekļauts siltuma avotā, kas tiek uzturēts augstās temperatūras vērtībās, un ir iekļauta arī siltuma izlietne. Šeit siltuma izlietnes temperatūrai jābūt mazākai par siltuma avota temperatūru. Temperatūras vērtību izmaiņas siltuma avotam un siltuma izlietnei ļauj plūstošai strāvai pāri slodzes sekcijai.
Šāda veida enerģijas pārveidošanā nav pārejas enerģijas pārveidojumu, kas būtu līdzīgi citiem enerģijas pārveidošanas veidiem. Tāpēc to sauc par tiešu enerģijas pārveidošanu. Šī Seeback efekta dēļ radītā jauda ir vienfāzes līdzstrāvas tipa un tiek attēlota kā IdiviRLkur RL atbilst pretestības vērtībai pie slodzes.
Izejas sprieguma un jaudas vērtības var palielināt divējādi. Viens no tiem ir palielināt temperatūras svārstības, kas paaugstinās starp karstām un aukstām malām, un otrs ir veidot virknes savienojumu ar termoelektriskiem ģeneratoriem.
Šīs TEG ierīces spriegumu izsaka ar V = αΔ T,
Kur ‘α’ atbilst Zēbeka koeficientam un ‘Δ’ ir temperatūras svārstības starp abiem krustojumiem. Ar to pašreizējo plūsmu dod
Es = (V / R + RL)
No tā sprieguma vienādojums ir
V = αΔT / R + RL
No tā enerģijas plūsma visā slodzes sekcijā ir
P pie slodzes = (αΔT / R + RL)divi(RL)
Jaudas lielums ir lielāks, kad R sasniedz RL, pēc tam
Pmax = (αΔT)divi/ (4R)
Strāvas plūsma būs līdz brīdim, kad karstā mala tiek piegādāta siltumā un no aukstās malas tiek noņemta siltums. Izstrādātā strāva ir līdzstrāvas formā, un to var pārveidot maiņstrāvas tipa invertori . Sprieguma vērtības var vairāk palielināt, izmantojot transformatorus.
Šāda veida enerģijas pārveidošana var būt arī atgriezeniska, ja enerģijas plūsmas ceļu var mainīt atpakaļ. Kad no malām tiek noņemta gan līdzstrāvas jauda, gan slodze, tad siltumu var vienkārši noņemt no termoelektriskajiem ģeneratoriem. Tātad, tas ir termoelektrisko ģeneratoru teorija aiz darba.
Termoelektriskā ģeneratora efektivitātes vienādojums
Šīs ierīces efektivitāte tiek attēlota kā ģenerētās jaudas proporcija pret rezistoru slodzes sekcijā un siltuma plūsma pāri slodzes rezistoram. Šī attiecība ir attēlota kā
Efektivitāte = (ģenerētā jauda pie RL) / (siltuma plūsma ‘Q’)
= (IdiviRL) / Q
Efektivitāte = (αΔT / R + RL)divi(RL) / Q
Tā var aprēķināt termoelektriskā ģeneratora efektivitāti.
Termoelektrisko ģeneratoru veidi
Pamatojoties uz TEG ierīces izmēru, siltuma avota veidu un siltuma izlietnes avotu, jaudas spēju un pielietojuma mērķi, TEG galvenokārt klasificē kā trīs veidus, un tie ir:
- Fosilā kurināmā ģeneratori
- Kodolenerģija
- Saules avotu ģeneratori
Fosilā kurināmā ģeneratori
Šāda veida ģeneratori ir paredzēti, lai kā siltuma avotus izmantotu petroleju, dabasgāzi, butānu, koksni, propānu un reaktīvo degvielu. Komerciāliem mērķiem izejas jauda svārstās no 10-100 vatiem. Šāda veida termoelektriskos ģeneratorus izmanto attālinātās vietās, piemēram, navigācijas palīgierīcēs, informācijas vākšanā, sakaru tīklos un katodiskajā drošībā, tādējādi izvairoties no elektrolīzes, kas iznīcina metāla caurules un jūras sistēmas.
Kodolenerģija
Sadalītos radioaktīvo izotopu komponentus varētu izmantot, lai piedāvātu paaugstinātas temperatūras siltuma avotu TEG ierīcēm. Tā kā šīs ierīces ir attiecīgi jutīgas pret kodola emisiju un siltuma avota elementu var izmantot ilgu laiku, šie kodolenerģijas termoelektriskie ģeneratori tiek izmantoti attālinātās lietojumprogrammās.
Saules avotu ģeneratori
Saules termoelektriskie ģeneratori ir izmantoti ar dažiem sasniegumiem, lai nodrošinātu apūdeņošanas sūkņu minimālu jaudu attālās vietās un nepietiekami attīstītās vietās. Saules termoelektriskie ģeneratori ir konstruēti, lai piegādātu elektrisko enerģiju orbītā esošajiem kosmosa kuģiem.
Termoelektrisko ģeneratoru priekšrocības un trūkumi
The termoelektriskā ģeneratora priekšrocības ir:
- Tā kā visi šajā TEG ierīcē izmantotie komponenti ir cietvielu, tiem ir paaugstināta uzticamība
- Degvielas avotu galējais diapazons
- TEG ierīces ir konstruētas tā, lai nodrošinātu jaudu, kas nav minimāla līdz mW un lielāka par KW, kas nozīmē, ka tām ir milzīga mērogojamība
- Tās ir tiešas enerģijas pārveidošanas ierīces
- Klusi darbojas
- Minimālais izmērs
- Tie var darboties pat pie gravitācijas spēku galējā un nulles diapazona
The termoelektriskā ģeneratora trūkumi ir:
- Tie ir nedaudz dārgi, salīdzinot ar cita veida ģeneratoriem
- Tiem ir minimāla efektivitāte
- Minimālās siltuma īpašības
- Šīm ierīcēm nepieciešama lielāka izejas pretestība
Termoelektrisko ģeneratoru lietojumi
- Automašīnu degvielas patēriņa uzlabošanai galvenokārt tiek izmantota TEG ierīce. Šie ģeneratori izmanto siltumu, kas rodas transportlīdzekļa darbības laikā
- Seebeck Power Generation tiek izmantota, lai nodrošinātu enerģiju kosmosa kuģim.
- Īstenotie termoelektriskie ģeneratori nodrošina enerģiju attālajām stacijām, piemēram, laika apstākļu sistēmām, releju tīkliem un citām
Tātad, tas viss attiecas uz detalizētu termoelektrisko ģeneratoru koncepciju. Tā kā ģeneratoriem ir milzīga nozīme, tos plaši izmanto daudzās lietojumprogrammās daudzās jomās. Izņemot šos saistītos jēdzienus, šeit ir skaidri jāzina otrs jēdziens
