Šta je to termoelektrični generator?

Termoelektrični generator (TEG), također nazvan Seebeck generator, je uređaj čvrstog stanja koji pretvara toplinski tok (temperaturne razlike) izravno u električnu energiju kroz fenomen nazvan Seebeckov efekt (oblik termoelektričnog učinka). Termoelektrični generatori funkcioniraju kao toplinski motori, ali manje su prostrani i nemaju pokretnih dijelova. Međutim, TEG obično je skuplji i manje učinkovit.

Termoelektrični generatori mogli bi se koristiti u elektranama kako bi se pretvorila toplina otpada u dodatnu električnu energiju i u automobilima kao termoelektrični generatori automobila (ATG) kako bi se povećala učinkovitost goriva. Druga primjena su radioizotopni termoelektrični generatori koji se koriste u prostornim sondama, koji imaju isti mehanizam, ali koriste radioizotope za generiranje potrebne razlike u toplini.



Historija

Godine 1821. Thomas Johann Seebeck otkrio je da toplinski gradijent koji nastaje između dva različita vodiča može proizvesti električnu energiju. U srcu termoelektričnog učinka je činjenica da temperaturni gradijent u vodljivom materijalu rezultira toplinskim protjecanjem; to rezultira difuzijom nosača naboja. Tijek nosača punjenja između vrućih i hladnih područja zauzvrat stvara razliku napona. Godine 1834. Jean Charles Athanase Peltier otkrio je obrnuti učinak, da bi strujanje električne struje kroz spoj dviju različitih vodiča, ovisno o smjeru struje, moglo djelovati kao grijač ili hladnjak.

Konstrukcija

Termoelektrični generatori sastoje se od tri glavne komponente: termoelektričnih materijala, termoelektričnih modula i termoelektričnih sustava koji se povezuju s izvorom topline.

Termoelektrični sklop sastavljen od materijala različitih koeficijenata od Seebeck (p-dopirani i n-dopirani poluvodiči), konfiguriran kao termoelektrični generator.

Efikasnost

Tipična učinkovitost TEG-ova je oko 5-8%. Stariji uređaji koristili su bimetalne spojeve i bili su glomazni. Noviji uređaji koriste visoko dopirane poluvodiče načinjene od bizmut tellurida (Bi2Te3), olovnog tellurida (PbTe), kalcijevog manganovog oksida (Ca2Mn3O8), ili njihovih kombinacija, ovisno o temperaturi. To su uređaji u čvrstom stanju i za razliku od dinama koji nemaju pokretne dijelove, uz povremeno izuzeće ventilatora ili crpke.



Upotreba

Termoelektrični generatori imaju različite primjene. Često se termoelektrični generatori koriste za daljinsko upravljanje s niskom potrošnjom energije ili kod kojih ne bi bili mogući glomazniji, ali učinkovitiji toplinski motori kao što su Stirlingovi motori. Za razliku od toplinskih motora, električne komponente čvrstog stanja obično se koriste za izvođenje toplinske energije do pretvorbe električne energije bez pokretnih dijelova. Pretvorba toplinske energije u električnu energiju može se provesti uporabom komponenata koje ne zahtijevaju održavanje, imaju inherentnu visoku pouzdanost i mogu se koristiti za izgradnju generatora s dugim životnim vijekom bez službe. To čini termoelektrične generatore prikladnim za opremu s niskim do skromnim potrebama snage u udaljenim nenaseljenim ili nepristupačnim lokacijama kao što su planinski masivi, vakuum prostor ili duboki ocean.

Osim niske učinkovitosti i relativno visokih troškova, postoje praktični problemi u korištenju termoelektričnih uređaja u određenim vrstama aplikacija koje proizlaze iz relativno visoke otpornosti na električnu otpornost, što povećava samotamnjenje i relativno nisku toplinsku vodljivost, što ih čini neprikladnim za primjene gdje toplina uklanjanje je kritično, kao kod uklanjanja topline iz električnog uređaja kao što su mikroprocesori.



Buduća upotreba

Dok se tehnologija TEG već desetljećima koristi u vojnim i zrakoplovnim aplikacijama, novi TE materijali i sustavi se razvijaju kako bi generirali snagu korištenjem otpadne topline niske ili visoke temperature. Ovi sustavi mogu biti skalabilni na bilo koju veličinu i imaju niže troškove rada i održavanja.



 1,151 total views,  2 views today

Arnes K.

Ja sam nastavnik i profesor fizike koji nastoji da ispuni rupe u svom i svačijem znanju kako bi svi bili bolje informisani i mogli da donosimo bolje odluke i živimo bolji život.

Šta vi mislite o ovom? Ostavite vaš komentar i podijelite mišljenje sa svima.

Sva Fizika
%d bloggers like this: