Kas yra termoelektrinis generatorius: darbas ir jo naudojimas

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





1821 m. Garsus mokslininkas Johannas Seebeckas atgaivino terminio gradiento koncepciją, kuri sukurta tarp dviejų skirtingų laidininkų ir gali gaminti elektrą. Kalbant apie termoelektrinį efektą, yra sąvoka, vadinama temperatūros gradientu laidžioje medžiagoje, kuri gamina šilumą ir šį rezultatą krūvininko difuzijoje. Šis šilumos srautas išsiskyrė tarp karštų ir šaltų medžiagų Įtampa skirtumas. Taigi, šis scenarijus atrado prietaisą termoelektrinį generatorius ir šiandien mūsų straipsnis yra apie jo veikimą, pranašumus, apribojimus ir susijusias sąvokas.

Kas yra termoelektrinis generatorius?

Termoelektrinis yra pavadinimas, kuris yra žodžių elektrinis ir termo derinys. Taigi pavadinimas reiškia, kad šiluminė atitinka šilumos energiją, o elektra - elektros energiją. Termoelektriniai generatoriai yra įtaisai, kurie yra naudojami konvertuojant temperatūros skirtumą, kuris susidaro tarp dviejų sekcijų, į elektrinė energijos forma . Tai yra pagrindinis dalykas termoelektrinio generatoriaus apibrėžimas .




Šie įtaisai priklauso nuo termoelektrinių efektų, susijusių su šilumos srauto ir kietųjų komponentų elektros energijos sąveika.

Statyba

Termoelektriniai generatoriai yra įtaisai, kurie yra kietojo kūno šilumos komponentai, sukonstruoti iš dviejų esminių jungčių, kurios yra p tipo ir n tipo. P tipo sankryžoje padidėja + ve krūvio koncentracija, o n tipo sankryžoje - padidėja -ve įkrautų elementų koncentracija.



P tipo komponentai yra legiruoti, jei yra daugiau teigiamai įkrautų nešiklių ar skylių, todėl gaunamas teigiamas Seebecko koeficientas. Panašiai n tipo komponentai yra legiruoti, kad būtų daugiau neigiamai įkrautų nešėjų, taip suteikiant neigiamą Seeback koeficiento tipą.

Termoelektrinis generatorius veikia

Termoelektrinis generatorius veikia

Pravažiavus elektrinei jungčiai tarp dviejų sankryžų, kiekvienas teigiamai įkrautas nešiklis juda į n sandūrą, o panašiai neigiamai įkrautas laikiklis juda į p sandūrą. Viduje konors termoelektrinio generatoriaus konstrukcija , labiausiai įgyvendinamas elementas yra švino teluridas.


Tai komponentas, pagamintas iš tellūro ir švino, kuriame yra minimalus natrio arba bismuto kiekis. Be to, kiti šio prietaiso konstrukcijoje naudojami elementai yra bismuto sulfidas, alavo teluridas, bismuto teluridas, indio arsenidas, germanio teluridas ir daugelis kitų. Su šiomis medžiagomis termoelektrinio generatoriaus projektavimas gali būti padaryta.

Termoelektrinio generatoriaus darbo principas

veikia termoelektrinis generatorius priklauso nuo „Seeback“ efekto. Tokiu būdu kilpa, kuri susidaro tarp dviejų skirtingų metalų, generuoja emf, kai metalų sandūros palaikomos įvairiomis temperatūros lygmenimis. Dėl šio scenarijaus jie taip pat vadinami „Seeback“ energijos generatoriais. termoelektrinio generatoriaus blokinė schema rodomas kaip:

Bloko schema

Bloko schema

Termoelektrinis generatorius paprastai pridedamas prie šilumos šaltinio, palaikančio aukštą temperatūros vertę, taip pat yra šilumos šalintuvas. Čia šilumos šalintuvo temperatūra turi būti žemesnė nei šilumos šaltinio. Šilumos šaltinio ir šilumos kriauklės temperatūros verčių pokytis leidžia tekėti srovei per apkrovos sekciją.

Tokio tipo energijos transformacijos metu nėra jokių pereinamųjų energijos konversijų, nepanašių į kitų rūšių energijos konversijas. Dėl to jis vadinamas tiesiogine energijos transformacija. Dėl šio „Seeback“ efekto sukurta galia yra vienfazio nuolatinės srovės tipo ir vaizduojama kaip ašduRLkur RL atitinka atsparumo vertę esant apkrovai.

Išėjimo įtampos ir galios vertes galima padidinti dviem būdais. Vienas iš jų yra padidinant temperatūros svyravimą, kylantį tarp karštų ir šaltų kraštų, o kitas - sujungti nuoseklų ryšį su termoelektriniais elektros generatoriais.

Šio TEG įtaiso įtampa nurodoma V = αΔ T,

Kur „α“ atitinka Seebacko koeficientą, o „Δ“ yra temperatūros kitimas tarp dviejų sankryžų. Tokiu būdu dabartinis srautas yra pateiktas

Aš = (V / R + RL)

Iš to įtampos lygtis yra

V = αΔT / R + RL

Iš to energijos srautas per apkrovos sekciją yra

P esant apkrovai = (αΔT / R + RL)du(RL)

Galingumas yra didesnis, kai R pasiekia RLtada

Pmax = (αΔT)du/ (4R)

Srovė tekės iki to laiko, kai bus tiekiama šiluma į karštą kraštą ir pašalinama šiluma nuo šalto krašto. Sukurta srovė yra nuolatinės srovės forma ir ją galima transformuoti į kintamosios srovės tipą keitikliai . Įtampos vertes galima labiau padidinti įgyvendinant transformatorius.

Toks energijos pavertimas taip pat gali būti grįžtamas, kai energijos srauto kelią galima pakeisti atgal. Kai tiek kraštinė energija, tiek apkrova yra pašalinta iš kraštų, šilumą iš termoelektrinių generatorių galima tiesiog paimti. Taigi, tai yra termoelektrinių generatorių teorija už darbo.

Termoelektrinio generatoriaus efektyvumo lygtis

Šio prietaiso efektyvumas yra išreikštas kaip rezistoriaus sukurtos galios dalis apkrovos ruože ir šilumos srautas per apkrovos rezistorių. Šis santykis pateikiamas kaip

Efektyvumas = (sukurta galia esant RL) / (šilumos srautas „Q“)

= (AšduRL) / Q

Efektyvumas = (αΔT / R + RL)du(RL) / Q

Taip galima apskaičiuoti termoelektrinio generatoriaus efektyvumą.

Termoelektrinių generatorių tipai

Atsižvelgiant į TEG įrenginio dydį, šilumos šaltinio rūšį ir šilumos šalintuvo šaltinį, galingumą ir taikymo paskirtį, TEG daugiausia skirstomi į tris tipus:

  • Iškastinio kuro generatoriai
  • Branduoliniai generatoriai
  • Saulės šaltinio generatoriai

Iškastinio kuro generatoriai

Šio tipo generatoriai skirti naudoti žibalą, gamtines dujas, butaną, medieną, propaną ir reaktyvinį kurą kaip šilumos šaltinius. Komercinėms reikmėms išėjimo galia svyruoja nuo 10 iki 100 vatų. Tokio tipo termoelektriniai generatoriai naudojami atokiose vietose, tokiose kaip navigacijos pagalba, informacijos rinkimas, ryšių tinkluose ir katodiniame saugume, taigi išvengiama elektrolizės, nesunaikins metalinių vamzdžių ir jūrinių sistemų.

Branduoliniai generatoriai

Skilę radioaktyviųjų izotopų komponentai gali būti naudojami siekiant pasiūlyti aukštesnės temperatūros šilumos šaltinį TEG prietaisams. Kadangi šie įtaisai yra atitinkamai jautrūs branduolių išmetimui ir šilumos šaltinio elementą galima naudoti ilgą laiką, šie termoelektriniai branduoliniai generatoriai naudojami nuotolinėse programose.

Saulės šaltinių generatoriai

Saulės termoelektriniai generatoriai buvo naudojami su nedaugeliu pasiekimų, kad būtų užtikrintas minimalus drėkinimo siurblių galingumas atokiose vietose ir neišsivysčiusiose vietose. Saulės termoelektriniai generatoriai sukonstruoti tiekti elektros energiją orbitiniams erdvėlaiviams.

Termoelektrinių generatorių privalumai ir trūkumai

termoelektrinio generatoriaus privalumai yra:

  • Kadangi visi šiame TEG įrenginyje naudojami komponentai yra kietojo kūno, jie turi didesnį patikimumą
  • Didžiausias kuro šaltinių diapazonas
  • TEG prietaisai pagaminti tiekti ne mažiau kaip mW galios ir didesnės nei KW galios, o tai reiškia, kad jie turi didžiulį mastelį
  • Tai yra tiesioginiai energijos transformavimo įtaisai
  • Tyliai valdomas
  • Minimalus dydis
  • Jie gali veikti net esant ekstremaliam ir nuliniam gravitacinių jėgų diapazonui

termoelektrinio generatoriaus trūkumai yra:

  • Tai yra šiek tiek brangiau, palyginti su kitų rūšių generatoriais
  • Jie turi minimalų efektyvumą
  • Minimalios šiluminės savybės
  • Šiems prietaisams reikia daugiau išėjimo varžos

Termoelektrinių generatorių programos

  • Norint pagerinti automobilių degalų sąnaudas, dažniausiai naudojamas TEG įrenginys. Šie generatoriai naudoja šilumą, kuri susidaro transporto priemonės eksploatavimo metu
  • Erdvėlaivio energijai tiekti naudojama „Seebeck“ energijos gamyba.
  • Įdiegti termoelektriniai generatoriai teikia energiją nuotolinėms stotims, tokioms kaip oro sistemos, relių tinklai ir kt

Taigi visa tai yra išsami termoelektrinių generatorių koncepcija. Apskritai, kadangi generatoriai turi didžiulį dėmesį, jie yra plačiai naudojami daugelyje programų daugelyje sričių. Be šių susijusių sąvokų, kita čia aiškiai žinoma sąvoka yra