В 1821 году известный ученый по имени Иоганн Зеебек возродил концепцию теплового градиента, который возникает между двумя различными проводниками и может генерировать электричество. В отношении термоэлектрического эффекта существует понятие, называемое температурным градиентом в проводящем веществе, которое выделяет тепло, и это приводит к диффузии носителей заряда. Этот тепловой поток между горячими и холодными веществами образовался. Напряжение разница. Итак, этот сценарий обнаружил устройство термоэлектрическое. генератор , и сегодня наша статья о его работе, преимуществах, ограничениях и связанных концепциях.

Что такое термоэлектрический генератор?

Термоэлектрический - это название, которое представляет собой сочетание слов электрический и термо. Таким образом, название означает, что тепловая энергия соответствует тепловой энергии, а электричество соответствует электрической энергии. И термоэлектрические генераторы - это устройства, которые реализуют преобразование разницы температур, которая создается между двумя секциями, в электрическая форма энергии . Это основная определение термоэлектрического генератора .

Эти устройства зависят от термоэлектрических эффектов, которые связаны с интерфейсом, возникающим между тепловым потоком и электричеством через твердые компоненты.

Строительство

Термоэлектрические генераторы - это устройства, которые представляют собой твердотельные тепловые компоненты, состоящие из двух основных переходов: p-типа и n-типа. Переход P-типа имеет повышенную концентрацию заряда + ve, а переход n-типа имеет повышенную концентрацию -ve заряженных элементов.

Компоненты p-типа легированы для того, чтобы иметь больше носителей положительного заряда или дырок, что обеспечивает положительный коэффициент Зеебека. Аналогичным образом компоненты n-типа легируются, чтобы иметь больше отрицательных носителей заряда, что обеспечивает отрицательный тип коэффициента Зеебака.

Термоэлектрический генератор работает

При прохождении электрического соединения между двумя переходами каждый положительно заряженный носитель перемещается к n-переходу, и аналогично отрицательно заряженный носитель перемещается к p-переходу. в конструкция термоэлектрического генератора , наиболее внедряемым элементом является теллурид свинца.

Это компонент, состоящий из теллура и свинца, которые содержат минимальное количество натрия или висмута. В дополнение к этому, другие элементы, которые используются в конструкции этого устройства, - это сульфид висмута, теллурид олова, теллурид висмута, арсенид индия, теллурид германия и многие другие. С помощью этих материалов конструкция термоэлектрического генератора можно сделать.

Принцип работы термоэлектрического генератора

В термоэлектрический генератор работает зависит от эффекта Seeback. В результате петля, которая образуется между двумя различными металлами, генерирует ЭДС, когда соединения металлов поддерживаются на различных уровнях температуры. Из-за этого сценария их также называют электрогенераторами Seeback. В блок-схема термоэлектрического генератора отображается как:

Блок-схема

Термоэлектрический генератор обычно входит в комплект с источником тепла, который поддерживается при высоких значениях температуры, а также в комплект входит радиатор. Здесь температура радиатора должна быть ниже, чем у источника тепла. Изменение значений температуры источника тепла и радиатора позволяет протекать току через секцию нагрузки.

В этом виде преобразования энергии не существует переходных преобразований энергии, отличных от других типов преобразования энергии. Потому что это называется прямым преобразованием энергии. Генерируемая мощность из-за этого эффекта Seeback является однофазной мощностью постоянного тока и представлена как I^двар_Lгде RL соответствует значению сопротивления при нагрузке.

Значения выходного напряжения и мощности можно увеличить двумя способами. Один заключается в увеличении перепада температуры между горячими и холодными краями, а другой - в последовательном соединении с термоэлектрическими генераторами энергии.

Напряжение этого устройства ТЭГ определяется выражением V = αΔ T,

Где «α» соответствует коэффициенту Зеебака, а «Δ» - это изменение температуры между двумя переходами. При этом текущий расход определяется выражением

I = (V / R + R_L)

Отсюда уравнение напряжения выглядит следующим образом:

V = αΔT/R+R_L

Отсюда поток мощности через секцию нагрузки равен

P при нагрузке = (αΔT / R + R_L)^два(Р_L)

Номинальная мощность больше, когда R достигает R_L, тогда

Pmax = (αΔT)^два/ (4R)

Будет ток протекать до тех пор, пока не будет подведено тепло к горячей кромке и отведено тепло от холодной. А развиваемый ток имеет форму постоянного тока и может быть преобразован в переменный ток через инверторы . Значения напряжения можно увеличить за счет использования трансформаторов.

Этот вид преобразования энергии также может быть обратимым, если путь потока энергии можно изменить обратно. Когда и мощность постоянного тока, и нагрузка отключены от краев, тогда тепло может быть просто отведено от термоэлектрических генераторов. Итак, это теория термоэлектрического генератора за работой.

Уравнение КПД термоэлектрического генератора

КПД этого устройства представлен как отношение генерируемой мощности на резисторе в секции нагрузки к тепловому потоку через резистор нагрузки. Это соотношение представлено как

КПД = (выработанная мощность при RL) / (тепловой поток «Q»)

= (I^двар_L) / Q

КПД = (αΔT / R + R_L)^два(Р_L) / Q

Так можно рассчитать КПД термоэлектрического генератора.

Типы термоэлектрических генераторов

В зависимости от размера устройства ТЭГ, типа источника тепла и источника тепла для теплоотвода, мощности и цели применения, ТЭГ в основном классифицируются на три типа, а именно:

Генераторы ископаемого топлива
Генераторы на ядерном топливе
Солнечная генераторы источников

Генераторы ископаемого топлива

Этот тип генератора разработан для использования керосина, природного газа, бутана, древесины, пропана и реактивного топлива в качестве источников тепла. Для коммерческих приложений выходная мощность колеблется в пределах 10-100 Вт. Эти виды термоэлектрических генераторов используются в удаленных местах, например, для помощи в навигации, сборе информации, в сетях связи и для обеспечения катодной безопасности, что позволяет избежать разрушения металлических труб и морских систем электролизом.

Генераторы на ядерном топливе

Разложившиеся компоненты радиоактивных изотопов можно использовать в качестве источника тепла с повышенной температурой для устройств ТЭГ. Поскольку эти устройства соответственно чувствительны к ядерной эмиссии и элемент источника тепла может использоваться в течение длительного периода, эти термоэлектрические генераторы на ядерном топливе применяются в удаленных приложениях.

Генераторы солнечного источника

Солнечные термоэлектрические генераторы использовались с небольшими достижениями для обеспечения мощности ирригационных насосов минимального размера в удаленных и слаборазвитых районах. Солнечные термоэлектрические генераторы предназначены для питания орбитальных космических аппаратов.

Преимущества и недостатки термоэлектрических генераторов

В преимущества термоэлектрического генератора находятся:

“Схема обмотки трехфазного двигателя ”

Поскольку все компоненты, используемые в этом устройстве ТЭГ, являются твердотельными, они обладают повышенной надежностью.
Чрезвычайный диапазон источников топлива
Устройства TEG сконструированы таким образом, чтобы обеспечивать мощность в диапазоне от не ниже мВт до более кВт, что означает огромную масштабируемость.
Это устройства прямого преобразования энергии
Бесшумно работает
Минимальный размер
Они могут работать даже при экстремальном и нулевом диапазоне гравитационных сил.

В недостатки термоэлектрического генератора находятся:

Это немного дороже по сравнению с другими типами генераторов.
У них минимальная эффективность
Минимальные тепловые свойства
Этим устройствам требуется большее выходное сопротивление.

Применение термоэлектрических генераторов

Для повышения топливных характеристик автомобилей чаще всего используется устройство ТЭГ. Эти генераторы используют тепло, которое выделяется во время работы автомобиля.
Seebeck Power Generation используется для обеспечения питания космического корабля.
Термоэлектрические генераторы для обеспечения питания удаленных станций, таких как погодные системы, релейные сети и другие.

Итак, это все о детальной концепции термоэлектрических генераторов. В целом, поскольку генераторы пользуются огромной популярностью, они широко используются во многих приложениях во многих областях. Помимо этих связанных понятий, здесь следует четко знать еще одно понятие: