Στη φυσική, γνωρίζουμε ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, μπορεί μόνο να αλλάξει τη μορφή της.που υποκινεί τους μηχανικούς να βρουν τρόπους για να μετατρέψουν την ενέργεια σε πιο χρήσιμες μορφές.
Η παραγωγή θερμικής ενέργειας είναι ένα καλό παράδειγμα, η οποία μπορεί να μετατρέψει άμεσα τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια.που έχει εφαρμοστεί σε συσκευές που ονομάζονται θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (TEG)Οι πρώτες εμπορικές εκδόσεις εμφανίστηκαν τη δεκαετία του 1960.Η TEG έχει εισέλθει σε πολλά διαφορετικά είδη πεδίων εφαρμογής.
Βασικές γνώσεις της ενότητας TEG
Η αρχή λειτουργίας της θερμοηλεκτρικής γεννήτριας μονάδας (συνήθως αναφέρεται ως TEG) είναι να μετατρέπει τη διαφορά θερμοκρασίας σε τάση και αντίστροφα.Αυτό το χαρακτηριστικό ονομάζεται θερμοηλεκτρική επίδραση., το οποίο περιλαμβάνει τρία συναφή μέρη: 1) Εφέ Seebeck, το οποίο παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω κλίσης θερμοκρασίας·2) Η επίδραση Peltier αναφέρεται στην απορρόφηση ή απελευθέρωση θερμότητας όταν το ρεύμα ρέει μέσα από δύο διαφορετικά υλικά3) Η επίδραση Thomson αναφέρεται στην παραγωγή ή απορρόφηση θερμότητας με βάση την κατεύθυνση ροής ρεύματος.
Ένα κοινό σημείο σύγχυσης στην θερμοηλεκτρική τεχνολογία είναι η διαφορά μεταξύ θερμοηλεκτρικών γεννήσεων (TEG) και θερμοηλεκτρικών ψυκτικών (TEC).Η TEG χρησιμοποιεί το φαινόμενο Seebeck για να παράγει ηλεκτρισμό μέσω της θερμότηταςΤα δύο αυτά αποτελέσματα βασίζονται σε παρόμοια ημιαγωγικά υλικά, αλλά με διαφορετικό σχεδιασμό:Το TEG μπορεί να επιτύχει υψηλές διαφορές θερμοκρασίας και αποτελεσματική ισχύς, ενώ η TEC χρησιμοποιεί υλικά όπως κεραμικά και χαλκό για τη βελτιστοποίηση της θερμικής αγωγής.
Στην πραγματικότητα, αν ο στόχος είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας θερμική ενέργεια, τότε η μονάδα TEG είναι η σωστή επιλογή.Το ίδιο Sky παρέχει τόσο τις μονάδες TEG όσο και τις μονάδες Peltier, καθιστώντας ευκολότερη την επιλογή κατάλληλων συσκευών σύμφωνα με τις ανάγκες σχεδιασμού.
Στις σύγχρονες θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (TEG), η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των θερμών και ψυχρών επιφανειών.Πολλαπλά ζεύγη ημιαγωγών τύπου n και τύπου p (συνήθως κατασκευασμένα από τελουρίδιο βισμούτου) τοποθετούνται μεταξύ δύο πλακών (εικόνα 1)Στα υλικά τύπου n, τα ηλεκτρόνια ρέουν από τη ζεστή πλευρά στην ψυχρή πλευρά, ενώ στα υλικά τύπου p, η κίνηση προκαλείται από τη μετανάστευση τρυπών (δηλαδή κενών ηλεκτρονίων) προς την ίδια κατεύθυνση.Αυτές οι δύο ροές μαζί παράγουν τάση, και όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση εξόδου.
Το TEG είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε καταστάσεις όπου μπορεί να προκύψουν απώλειες θερμότητας, όπως στην βιομηχανική παραγωγή, καθώς βοηθά στην ανάκτηση της χαμένης ενέργειας.Για παράδειγμα:, όταν δεν υπάρχει επαρκές ηλιακό φως, η θερμότητα που παράγεται από την ραδιενεργή διάσπαση μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια για την παροχή ενέργειας για τα διαστημικά ανιχνευτικά.
Κοινή δομή των μονάδων TEG
Σχήμα 1: Κοινή δομή της μονάδας TEG (πηγή εικόνας: Same Sky)
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της TEG
Το κύριο πλεονέκτημα των θερμοηλεκτρικών ημιαγωγών μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (TEG) είναι η ικανότητά τους να μετατρέπουν την απώλεια θερμότητας σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια,που βοηθά στην αιχμαλωσία ενέργειας που διαφορετικά θα χαθεί.Ως εκ τούτου, οι μονάδες TEG δεν είναι μόνο πρακτικές αλλά και φιλικές προς το περιβάλλον.
Δεδομένου ότι η TEG είναι συσκευή στερεής κατάστασης, δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη, πράγμα που σημαίνει ότι η ενότητα αυτή δεν έχει ακουστικό θόρυβο, είναι ανθεκτική και ανθεκτική και δεν απαιτεί σχεδόν καμία συντήρηση.Αυτή η μονάδα έχει μια συμπαγή εμφάνισηΤο σύστημα αυτό μπορεί να εγκατασταθεί σε μικρούς χώρους και να παρέχει πολλαπλές τάσεις και ρεύματα, χωρίς να βασίζεται στα παραδοσιακά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας για την παροχή αξιόπιστης ενέργειας.Αυτό καθιστά το TEG ιδανική επιλογή για τηλεχειριζόμενες συσκευές ή εναλλακτικά συστήματα μπαταριών.
Αν και οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (TEG) παρέχουν αξιόπιστη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, έχουν επίσης περιορισμούς σχεδιασμού.Η απόδοση αυτής της γεννήτριας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις μεγάλες διαφορές θερμοκρασίαςΕπιπλέον, η απόδοση μετατροπής του TEG είναι συνήθως χαμηλή, συνήθως περίπου 10%,η οποία δεν είναι υψηλή σε σύγκριση με πολλές άλλες τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας.
Κύρια κριτήρια επιλογής για το TEG
Κατά την ενσωμάτωση των μονάδων θερμοηλεκτρικής γεννήτριας (TEG) στο σύστημα, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι βασικές προδιαγραφές που επηρεάζουν άμεσα τις επιδόσεις τους.Ο πιο κρίσιμος παράγοντας στη λειτουργία μιας γεννήτριας είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των θερμών και ψυχρών επιφανειών (συνήθως αναφέρεται ως Δ T)Αν και αυτό θα επηρεάσει την παραγωγή ενέργειας του TEG, ο πίνακας δεδομένων δεν το εμφανίζει πάντα με αυτόν τον τρόπο.η οποία είναι η υψηλότερη ασφαλή θερμοκρασία λειτουργίας, η οποία βοηθά στον προσδιορισμό των ακραίων συνθηκών, αλλά μπορεί να μην είναι απαραίτητα οι βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας.
Άλλες χρήσιμες προδιαγραφές περιλαμβάνουν την τάση ανοικτού κυκλώματος, την ταιριάζουσα τάση φορτίου, το ρεύμα, την αντίσταση και την ισχύ.η απόδοση της θερμοηλεκτρικής γεννήτριας υπό πραγματικό θερμικό και ηλεκτρικό φορτίο μπορεί να κατανοηθείΣτους πίνακες δεδομένων (όπως ο πίνακας δεδομένων του Same Sky), οι πληροφορίες αυτές εμφανίζονται συνήθως με τη μορφή πινάκων (εικόνα 2) και γραφικών απόδοσης (εικόνα 3) για να διευκολύνεται ο σχεδιασμός σε επίπεδο συστήματος.