Wykonanie obwodu generatora termoelektrycznego (TEG)

Generator termoelektryczny (TEG) to rodzaj „urządzenia darmowej energii”, które ma właściwość zamiana temperatury na energię elektryczną . W tym poście dowiemy się trochę o tej koncepcji i dowiemy się, jak możemy ją wykorzystać do generowania energii elektrycznej z ciepła i zimna.

Co to jest TEG

W jednym z moich wcześniejszych artykułów wyjaśniłem już podobną koncepcję dotyczącą jak zrobić małą lodówkę za pomocą urządzenia Peltiera

Urządzenie Peltiera jest również zasadniczo TEG zaprojektowanym do wytwarzania energii elektrycznej z różnicy temperatur. Urządzenie termoelektryczne jest bardzo podobne do termoelement jedyną różnicą jest skład obu odpowiedników.

W TEG dwa różne materiały półprzewodnikowe (p-n) są używane do efektu, podczas gdy termopara działa z dwoma różnymi metalami dla tego samego, chociaż termopara może wymagać znacznie większej różnicy temperatur w porównaniu z mniejszą wersją TEG.

Powszechnie znany również jako efekt „Seebecka”, umożliwia urządzeniu TEG zainicjowanie wytwarzania energii elektrycznej pod wpływem różnicy temperatur na obu jego stronach. Dzieje się tak dzięki specjalnie skonfigurowanej strukturze wewnętrznej urządzenia, które wykorzystuje do procesu kilka domieszkowanych półprzewodników p i n.

Efekt Seebecka

Zgodnie z zasadą Seebecka, gdy dwa materiały półprzewodnikowe są poddane dwóm ekstremalnym poziomom temperatury, inicjuje ruch elektronów w poprzek złącza p-n, co powoduje powstanie różnicy potencjałów na zewnętrznych zaciskach materiałów.

Chociaż koncepcja wydaje się być niesamowita, wszystkie dobre rzeczy mają nieodłączną wadę, która również powoduje, że jest ona stosunkowo nieefektywna.

Potrzeba ekstremalnych różnic temperatur po obu stronach staje się najtrudniejszą częścią systemu, ponieważ podgrzanie jednej ze stron oznacza również, że druga strona również się nagrzewa, co ostatecznie skutkowałoby zerową elektrycznością i uszkodzeniem urządzenia TEG.

Aby zapewnić optymalną odpowiedź i zainicjować przepływ elektronów, jeden materiał półprzewodnikowy wewnątrz TEG musi być gorący, a jednocześnie drugi półprzewodnik musi być trzymany z dala od tego ciepła, zapewniając odpowiednie chłodzenie od strony przeciwnej. Ta krytyczność sprawia, że ​​koncepcja jest trochę niezgrabna i nieefektywna.

Niemniej jednak koncepcja TEG jest czymś, co jest ekskluzywne i niemożliwe do zrealizowania przy użyciu żadnego innego systemu, a ta wyjątkowość tej koncepcji sprawia, że ​​jest ona bardzo interesująca i warta eksperymentowania.

Obwód TEG wykorzystujący diody prostownicze

Próbowałem zaprojektować obwód TEG przy użyciu zwykłych diod, chociaż nie jestem pewien, czy zadziała, czy nie, mam nadzieję, że można uzyskać pozytywne wyniki dzięki tej konfiguracji i ma pole do poprawy.

Nawiązując do rysunków, mamy do czynienia z prostym zespołem diod zaciśniętym za pomocą radiatorów. Diody to diody typu 6A4, wybrałem te większe diody, aby uzyskać większą powierzchnię i lepszy współczynnik przewodzenia.

Dioda 6A4

Przedstawiony powyżej prosty obwód generatora termoelektrycznego mógłby być ewentualnie wykorzystany do wytwarzania energii elektrycznej z ciepła odpadowego, poprzez odpowiednie zastosowanie wymaganych stopni różnicy ciepła na wskazanych płytkach przewodzących ciepło.

Rysunek po prawej stronie pokazuje wiele diod połączonych szeregowo równolegle w celu uzyskania wyższej wydajności i proporcjonalnie większego nagromadzenia różnicy potencjałów na wyjściu.

Dlaczego warto używać diody do tworzenia TEG

Założyłem, że diody będą działać w tej aplikacji, ponieważ diody są podstawowymi jednostkami półprzewodnikowymi składającymi się z domieszkowany materiał p-n osadzony w ich dwóch zakończeniach .

Oznacza to również, że oba końce są specjalnie złożone z różnych materiałów, co ułatwia stosowanie temperatury niezależnie od dwóch przeciwległych końców.

Wiele takich modułów można by budować i łączyć w szeregowo-równoległe kombinacje w celu uzyskania wyższych współczynników konwersji, a aplikacja ta może być również wdrażana przy użyciu ciepła słonecznego. Stronę, która wymaga chłodzenia, można osiągnąć poprzez chłodzenie powietrzem lub poprzez ulepszenie chłodzenie powietrzem wyparnym z atmosfery w celu zwiększenia współczynnika sprawności.