1821. године познати научник по имену Јоханн Сеебецк оживио је концепт топлотног градијента који је развијен између два различита проводника и он може да генерише електричну енергију. У вези са термоелектричним ефектом, постоји концепт који се назива градијент температуре у проводљивој супстанци која производи топлоту и тај исход доводи до дифузије носача наелектрисања. Овај проток топлоте између вруће и хладне супстанце се развио Волтажа разлика. Дакле, овај сценарио је открио уређај термоелектрични генератор , а данас је наш чланак о свом раду, предностима, ограничењима и повезаним концептима.

Шта је термоелектрични генератор?

Термоелектрични је назив који је комбинација речи електрични и термо. Дакле, назив означава да топлотна одговара топлотној енергији, а електрична енергија одговара електричној енергији. А термоелектрични генератори су уређаји који су примењени у конверзији температурне разлике која се генерише између две секције у електрични облик енергије . Ово је основно дефиниција термоелектричног генератора .

Ови уређаји зависе од термоелектричних ефеката који укључују интерфејс који се дешава између протока топлоте и електричне енергије кроз чврсте компоненте.

Конструкција

Термоелектрични генератори су уређаји који су полимерне компоненте топлоте изграђене од два основна споја типа п и н. Спој типа П има повећану концентрацију + ве наелектрисања, а спој типа н повећану концентрацију -ве наелектрисаних елемената.

Компоненте п-типа су допиране у стању да имају више позитивно наелектрисаних носача или рупа, што даје позитиван Сеебецков коефицијент. На сличан начин, компоненте типа Н допирају се тако да имају више негативно наелектрисаних носача, чиме се добија негативан тип Сеебацк коефицијента.

Термоелектрични генератор ради

Са проласком електричне везе између два споја, сваки позитивно наелектрисани носач се помера у н-спој, а слично негативно наелектрисани носач се помера у п-спој. У конструкција термоелектричног генератора , највише примењени елемент је оловни телурид.

То је компонента која је грађена од телура и олова који имају минималне количине натријума или бизмута. Поред тога, други елементи који се користе у овој конструкцији уређаја су бизмут-сулфид, калајни телурид, бизмут-телурид, индијум-арсенид, германијум-телурид и многи други. Са овим материјалима, дизајн термоелектричног генератора може да се уради.

Принцип рада термоелектричног генератора

Тхе термоелектрични генератор који ради зависи од Сеебацк ефекта. У том ефекту, петља која се формира између два различита метала генерише емф када се метални спојеви одржавају на различитим нивоима температуре. Због овог сценарија, они се такође називају и Сеебацк генератори енергије. Тхе блок дијаграм термоелектричног генератора је приказан као:

Блок дијаграм

Термоелектрични генератор је обично укључен у извор топлоте који се одржава на високим вредностима температуре, а такође је укључен и хладњак. Овде температура хладњака мора бити мања од температуре извора топлоте. Промена вредности температуре за извор топлоте и хладњак омогућава проток струје преко дела оптерећења.

У овој врсти енергетске трансформације не постоје прелазне енергетске конверзије које би се разликовале од осталих врста енергетских конверзија. Због тога се назива директном трансформацијом енергије. Генерирана снага због овог Сеебацк ефекта је једнофазног ДЦ типа и представљена је као И^дваР._Лгде РЛ одговара вредности отпора при оптерећењу.

Вредности излазног напона и снаге могу се повећати на два начина. Једна је повећањем температурних варијација која расте између топлих и хладних ивица, а друга је стварање серијске везе са термоелектричним генераторима енергије.

Напон овог ТЕГ уређаја дат је са В = αΔ Т,

Тамо где „α“ одговара Сеебековом коефицијенту, а „Δ“ је температурна варијација између два споја. Овим је тренутни проток дат са

И = (В / Р + Р_Л)

Из овога је једначина напона

В = αΔТ / Р + Р_Л

Отуда је проток снаге преко дела оптерећења

П при оптерећењу = (αΔТ / Р + Р_Л)^два(Р._Л)

Називна снага је већа када Р достигне Р_Л, онда

Пмак = (αΔТ)^два/ (4Р)

Струја ће бити до тренутка када постоји довод топлоте до вруће ивице и уклањање топлоте са хладне ивице. А развијена струја је у једносмерном облику и може се трансформисати у АЦ тип претварачи . Вредности напона могу се повећати применом трансформатора.

Ова врста претворбе енергије такође може бити реверзибилна када се пут протока енергије може вратити назад. Када се и једносмерна снага и оптерећење уклоне са ивица, тада се топлота може једноставно повући из термоелектричних генератора. Дакле, ово је теорија термоелектричног генератора иза рада.

Једначина ефикасности термоелектричног генератора

Ефикасност овог уређаја представљена је као пропорција генерисане снаге на отпорнику на делу оптерећења и протоку топлоте преко отпорника оптерећења. Овај однос је представљен као

Ефикасност = (генерисана снага при РЛ) / (проток топлоте „К“)

= (И^дваР._Л) / К

Ефикасност = (αΔТ / Р + Р_Л)^два(Р._Л) / К

Тако се може израчунати ефикасност термоелектричног генератора.

Врсте термоелектричних генератора

На основу величине ТЕГ уређаја, врсте извора топлоте и извора за хладњак, могућности напајања и сврхе примене, ТЕГ се углавном класификују као три врсте и то су:

Генератори фосилних горива
Генератори на нуклеарно гориво
Соларни генератори извора

Генератори фосилних горива

Ова врста генератора дизајнирана је да користи керозин, природни гас, бутан, дрво, пропан и млазна горива као изворе топлоте. За комерцијалне примене, излазна снага се креће од 10-100 вати. Ове врсте термоелектричних генератора користе се на удаљеним локацијама, као што су навигационе асистенције, прикупљање информација, комуникационе мреже и катодна сигурност, чиме се избегава електролиза од уништавања металних цеви и морских система.

Генератори на нуклеарни погон

Разложене компоненте радиоактивних изотопа могу се искористити за пружање извора топлоте повишене температуре за ТЕГ уређаје. Како су ови уређаји одговарајуће осетљиви на нуклеарну емисију и елемент извора топлоте може да се користи дужи период, ови термоелектрични генератори са нуклеарним горивом примењују се у удаљеним апликацијама.

Генератори соларних извора

Соларни термоелектрични генератори коришћени су са мало постигнућа како би обезбедили напајање минималних величина пумпи за наводњавање на удаљеним локацијама и неразвијеним подручјима. Соларни термоелектрични генератори конструисани су за напајање електричном енергијом за орбитирање свемирских летелица.

Предности и недостаци термоелектричних генератора

Тхе предности термоелектричног генератора су:

“формирање полупроводника типа н ”

Како су све компоненте које се користе у овом ТЕГ уређају у чврстом стању, оне имају побољшану поузданост
Екстремни опсег извора горива
ТЕГ уређаји су конструисани да испоручују снагу која није минимална до снаге мВ и већа од КВ, што значи да имају велику скалабилност
То су уређаји за директну трансформацију енергије
Тихо опериран
Минимална величина
Они могу функционисати чак и при екстремном и нултом опсегу гравитационих сила

Тхе недостаци термоелектричног генератора су:

Они су мало скупљи у поређењу са другим врстама генератора
Они имају минималну ефикасност
Минимална термичка својства
Овим уређајима је потребан већи излазни отпор

Примене термоелектричног генератора

За побољшање перформанси горива код аутомобила углавном се користи ТЕГ уређај. Ови генератори користе топлоту која се ствара у тренутку рада возила
Сеебецк Повер Генератион користи се за снабдевање свемирске летелице.
Примењени термоелектрични генератори пружају напајање за удаљене станице као што су временски системи, релејне мреже и друге

Дакле, овде се ради о детаљном концепту термоелектричних генератора. У целини, с обзиром да генератори имају огроман значај, они се широко користе у многим апликацијама у многим доменима. Поред ових сродних концепата, други концепт који се овде мора јасно знати је шта јесте