W 1821 roku słynny naukowiec Johann Seebeck ożywił koncepcję gradientu termicznego, który rozwija się między dwoma różnymi przewodnikami i może generować elektryczność. W odniesieniu do efektu termoelektrycznego, istnieje pojęcie zwane gradientem temperatury w przewodzącej substancji, który wytwarza ciepło i ten efekt w dyfuzji nośnika ładunku. Ten przepływ ciepła pomiędzy wytworzonymi gorącymi i chłodnymi substancjami Napięcie różnica. Tak więc ten scenariusz odkrył termoelektryczne urządzenie generator , a dzisiaj nasz artykuł dotyczy jego działania, zalet, ograniczeń i powiązanych pojęć.
Co to jest generator termoelektryczny?
Thermoelectric to nazwa będąca połączeniem słów electric i thermo. Nazwa oznacza więc, że energia cieplna odpowiada energii cieplnej, a elektryczność energii elektrycznej. Generatory termoelektryczne to urządzenia, które są zaimplementowane w konwersji różnicy temperatur, która jest generowana między dwiema sekcjami, na elektryczna forma energii . To jest podstawa definicja generatora termoelektrycznego .
Urządzenia te są zależne od efektów termoelektrycznych, które obejmują interfejs, który zachodzi między przepływem ciepła a elektrycznością przez elementy stałe.
Budowa
Generatory termoelektryczne to urządzenia będące półprzewodnikowymi komponentami cieplnymi zbudowanymi z dwóch podstawowych węzłów typu p i n. Złącze typu P ma zwiększoną koncentrację ładunku + ve, a złącze typu n ma zwiększone stężenie pierwiastków naładowanych -ve.
Składniki typu p są domieszkowane pod warunkiem, że mają bardziej dodatnio naładowane nośniki lub dziury, zapewniając w ten sposób dodatni współczynnik Seebecka. W podobny sposób składniki typu n są domieszkowane, aby mieć więcej nośników z ładunkiem ujemnym, zapewniając w ten sposób ujemny typ współczynnika Seeback.
Praca generatora termoelektrycznego
Wraz z przejściem połączenia elektrycznego między dwoma złączami, każda dodatnio naładowana nośna przemieszcza się do złącza n, a podobnie ujemnie naładowana nośna przesuwa się do złącza p. w budowa generatorów termoelektrycznych , najczęściej stosowanym elementem jest tellurek ołowiu.
Jest to składnik zbudowany z telluru i ołowiu, które zawierają minimalne ilości sodu lub bizmutu. Oprócz tego inne pierwiastki, które są wykorzystywane w tej konstrukcji urządzenia to siarczek bizmutu, tellurku cyny, tellurku bizmutu, arsenku indu, tellurku germanu i wiele innych. Dzięki tym materiałom projekt generatora termoelektrycznego Można to zrobić.
Zasada działania generatora termoelektrycznego
Plik działa generator termoelektryczny zależy od efektu Seeback. W tym efekcie pętla, która jest utworzona pomiędzy dwoma różnymi metalami, generuje emf, gdy metalowe złącza są utrzymywane na różnych poziomach temperatury. Z powodu tego scenariusza są one również określane jako generatory mocy Seeback. Plik Schemat blokowy generatora termoelektrycznego jest pokazany jako:
Schemat blokowy
Generator termoelektryczny jest zwykle wyposażony w źródło ciepła, które utrzymuje wysokie wartości temperatury, a także obejmuje radiator. W tym przypadku temperatura radiatora musi być niższa niż temperatura źródła ciepła. Zmiana wartości temperatury źródła ciepła i radiatora umożliwia przepływ prądu przez sekcję obciążenia.
W tego rodzaju transformacji energii nie ma przejściowych konwersji energii, odmiennych od innych rodzajów konwersji energii. Z tego powodu określa się go jako bezpośrednią transformację energii. Moc generowana w wyniku tego efektu Seeback jest jednofazowego typu prądu stałego i jest reprezentowana jako I.dwaRLgdzie RL odpowiada wartości rezystancji przy obciążeniu.
Wartości napięcia wyjściowego i mocy można zwiększyć na dwa sposoby. Jedna polega na zwiększeniu wahań temperatury, która rośnie pomiędzy gorącymi i zimnymi krawędziami, a druga polega na utworzeniu połączenia szeregowego z termoelektrycznymi generatorami mocy.
Napięcie tego urządzenia TEG jest określone wzorem V = αΔ T,
Gdzie „α” odpowiada współczynnikowi Seeback, a „Δ” jest zmianą temperatury między dwoma skrzyżowaniami. Dzięki temu przepływ prądu jest określony przez
I = (V / R + RL)
Z tego wynika równanie napięcia
V = αΔT / R + RL
Z tego wynika, że przepływ mocy w sekcji obciążenia wynosi
P przy obciążeniu = (αΔT / R + RL)dwa(RL)
Moc znamionowa jest większa, gdy R sięga do R.L, następnie
Pmax = (αΔT)dwa/ (4R)
Prąd będzie płynął do czasu doprowadzenia ciepła do krawędzi gorącej i odebrania ciepła z krawędzi zimnej. Rozwinięty prąd ma postać DC i można go przekształcić w typ AC falowniki . Wartości napięć można bardziej zwiększyć poprzez zastosowanie transformatorów.
Ten rodzaj konwersji energii może być również odwracalny, gdy ścieżka przepływu energii może zostać zmieniona z powrotem. Gdy zarówno prąd stały, jak i obciążenie zostaną usunięte z krawędzi, ciepło można po prostu odebrać z generatorów termoelektrycznych. Więc to jest teoria generatorów termoelektrycznych za pracą.
Równanie sprawności generatora termoelektrycznego
Sprawność tego urządzenia jest reprezentowana jako stosunek mocy generowanej na rezystorze w sekcji obciążenia do przepływu ciepła przez rezystor obciążający. Ten stosunek jest reprezentowany jako
Sprawność = (moc generowana przy RL) / (przepływ ciepła „Q”)
= (IdwaRL) / Q
Sprawność = (αΔT / R + RL)dwa(RL) / Q
W ten sposób można obliczyć sprawność generatora termoelektrycznego.
Rodzaje generatorów termoelektrycznych
W oparciu o rozmiar urządzenia TEG, rodzaj źródła ciepła i źródła dla radiatora, moc i przeznaczenie, TEG dzieli się głównie na trzy typy, a są to:
- Generatory paliw kopalnych
- Generatory jądrowe
- Słoneczny generatory źródłowe
Generatory paliw kopalnych
Ten typ generatora jest przeznaczony do wykorzystywania nafty, gazu ziemnego, butanu, drewna, propanu i paliw do silników odrzutowych jako źródeł ciepła. W zastosowaniach komercyjnych moc wyjściowa waha się od 10-100 watów. Tego rodzaju generatory termoelektryczne są stosowane w odległych lokalizacjach, takich jak pomoc nawigacyjna, zbieranie informacji, w sieciach komunikacyjnych i w bezpieczeństwie katodowym, dzięki czemu zapobiega się elektrolizie w wyniku niszczenia metalowych rur i systemów morskich.
Generatory jądrowe
Rozłożone składniki radioaktywnych izotopów mogą być wykorzystane do stworzenia źródła ciepła o podwyższonej temperaturze dla urządzeń TEG. Ponieważ te urządzenia są odpowiednio wrażliwe na emisję jądrową, a element będący źródłem ciepła może być używany przez długi czas, te jądrowe generatory termoelektryczne są stosowane w zdalnych zastosowaniach.
Generatory źródła słonecznego
Słoneczne generatory termoelektryczne zostały zastosowane z niewielkimi osiągnięciami, aby zapewnić moc minimalnych rozmiarów pomp irygacyjnych w odległych lokalizacjach i obszarach słabo rozwiniętych. Słoneczne generatory termoelektryczne są konstruowane w celu dostarczania energii elektrycznej do orbitujących statków kosmicznych.
Zalety i wady generatorów termoelektrycznych
Plik zalety generatora termoelektrycznego są:
- Ponieważ wszystkie komponenty użyte w tym urządzeniu TEG są półprzewodnikowe, mają zwiększoną niezawodność
- Ekstremalny zasięg źródeł paliwa
- Urządzenia TEG są skonstruowane tak, aby dostarczać moc nie minimalną do mocy mW i większą niż KW, co oznacza, że mają ogromną skalowalność
- Są to urządzenia do bezpośredniego przetwarzania energii
- Cicho działający
- Minimalny rozmiar
- Mogą one działać nawet w ekstremalnym i zerowym zakresie sił grawitacyjnych
Plik wady generatora termoelektrycznego są:
- Są trochę drogie w porównaniu z innymi rodzajami generatorów
- Mają minimalną wydajność
- Minimalne właściwości termiczne
- Te urządzenia wymagają większej rezystancji wyjściowej
Zastosowania generatorów termoelektrycznych
- Aby zwiększyć wydajność paliwową samochodów, najczęściej stosuje się urządzenie TEG. Generatory te wykorzystują ciepło, które jest wytwarzane w czasie eksploatacji pojazdu
- Seebeck Power Generation jest wykorzystywany do dostarczania energii do statku kosmicznego.
- Wdrożone generatory termoelektryczne dostarczają energię do oddalonych stacji, takich jak systemy pogodowe, sieci przekaźnikowe i inne
A więc chodzi o szczegółową koncepcję generatorów termoelektrycznych. Ogólnie rzecz biorąc, ponieważ generatory mają ogromne znaczenie, są szeroko stosowane w wielu aplikacjach w wielu dziedzinach. Oprócz tych powiązanych pojęć, inne pojęcie, które należy tutaj wyraźnie poznać, jest tym, co jest
