In het jaar 1821 heeft een beroemde wetenschapper genaamd Johann Seebeck het concept thermische gradiënt nieuw leven ingeblazen dat is ontwikkeld tussen twee verschillende geleiders en dit kan elektriciteit opwekken. Met betrekking tot het thermo-elektrische effect is er een concept genaamd temperatuurgradiënt in de geleidende stof die warmte produceert en dit resulteert in de diffusie van de ladingsdrager. Deze warmtestroom tussen de hete en koele stoffen ontwikkelde zich Spanning verschil. Dus dit scenario heeft het thermo-elektrische apparaat ontdekt generator , en vandaag gaat ons artikel over de werking, voordelen, beperkingen en gerelateerde concepten.
Wat is een thermo-elektrische generator?
Thermo-elektrisch is de naam die de combinatie is van woorden elektrisch en thermisch. De naam betekent dus dat thermisch overeenkomt met warmte-energie en elektriciteit overeenkomt met elektrische energie. En thermo-elektrische generatoren zijn de apparaten die worden geïmplementeerd bij de omzetting van het temperatuurverschil dat wordt gegenereerd tussen de twee secties in de elektrische vorm van energie Dit is de basis thermo-elektrische generator definitie
Deze apparaten zijn afhankelijk van de thermo-elektrische effecten die betrekking hebben op de interface die plaatsvindt tussen warmtestroom en de elektriciteit via vaste componenten.
Bouw
Thermo-elektrische generatoren zijn de apparaten die warmtecomponenten in vaste toestand zijn die zijn opgebouwd uit twee essentiële knooppunten die van het p-type en het n-type zijn. De P-type junctie heeft een verhoogde concentratie van + ve lading en de n-type junctie heeft een verhoogde concentratie van -ve geladen elementen.
De p-type componenten zijn gedoteerd in de toestand om meer positief geladen dragers of gaten te hebben, waardoor een positieve Seebeck-coëfficiënt wordt verkregen. Op een vergelijkbare manier worden n-type componenten gedoteerd om meer negatief geladen dragers te hebben, waardoor een negatief type Seeback-coëfficiënt wordt verkregen.
Thermo-elektrische generator werkt
Met het passeren van de elektrische verbinding tussen de twee juncties, beweegt elke positief geladen drager naar de n-junctie, en een vergelijkbare negatief geladen drager beweegt naar de p-junctie. In de thermo-elektrische generatorconstructie is het meest geïmplementeerde element loodtelluride.
Het is de component die is gemaakt van telluur en lood die minimale hoeveelheden natrium of bismut bevatten. Daarnaast zijn de andere elementen die in deze apparaatconstructie worden gebruikt bismutsulfide, tin-telluride, bismuth-telluride, indiumarsenide, germaniumtelluride en vele anderen. Met deze materialen, thermo-elektrisch generatorontwerp kan gedaan worden.
Thermo-elektrische generator werkingsprincipe
De thermo-elektrische generator werkt is afhankelijk van het Seeback-effect. In dit effect genereert een lus die wordt gevormd tussen de twee verschillende metalen een emf wanneer de metalen overgangen op verschillende temperatuurniveaus worden gehouden. Vanwege dit scenario worden deze ook wel Seeback-stroomgeneratoren genoemd. De thermo-elektrische generator blokschema wordt weergegeven als:
Blokdiagram
Een thermo-elektrische generator wordt meestal meegeleverd met een warmtebron die op hoge temperatuurwaarden wordt gehouden en een koellichaam is ook inbegrepen. Hier moet de temperatuur van het koellichaam lager zijn dan die van de warmtebron. De verandering in temperatuurwaarden voor de warmtebron en het koellichaam maakt de vloeiende stroom over het lastgedeelte mogelijk.
Bij dit soort energietransformatie bestaan er geen overgangsenergieconversies die anders zijn dan de andere soorten energieconversie. Daarom wordt het directe energietransformatie genoemd. Het gegenereerde vermogen vanwege dit Seeback-effect is van het enkelfasige DC-type en wordt weergegeven als ItweeRL.waarbij RL overeenkomt met de weerstandswaarde bij belasting.
De uitgangsspanning en het vermogen kunnen op twee manieren worden verhoogd. De ene is door de temperatuurvariatie tussen warme en koude randen te vergroten en de andere is om een serieschakeling te vormen met thermo-elektrische stroomgeneratoren.
De spanning van dit TEG-apparaat wordt gegeven door V = αΔ T,
Waar ‘α’ overeenkomt met de Seeback-coëfficiënt en ‘Δ’ de temperatuurvariatie tussen de twee knooppunten. Hiermee wordt de huidige stroom gegeven door
Ik = (V / R + RL.
Hieruit is de spanningsvergelijking
V = αΔT / R + RL.
Hieruit is de krachtstroom over het belastingsgedeelte
P bij belasting = (αΔT / R + RL.twee(R.L.
Het vermogen is hoger wanneer R tot R reiktL., vervolgens
Pmax = (αΔT)twee/ (4R)
Er zal stroom vloeien tot het moment dat er warmte aan de hete rand wordt toegevoerd en warmte aan de koude rand wordt afgevoerd. En de ontwikkelde stroom is in DC-vorm en kan door middel van AC-type worden omgezet omvormers De spanningswaarden kunnen meer worden verhoogd door de implementatie van transformatoren.
Dit soort energieomzetting kan ook omkeerbaar zijn, waarbij het energiestroompad terug kan worden veranderd. Wanneer zowel de gelijkstroom als de belasting van de randen zijn verwijderd, kan de warmte eenvoudig worden onttrokken aan thermo-elektrische generatoren. Dus dit is de thermo-elektrische generator theorie achter werken.
Thermo-elektrische generator efficiëntie vergelijking
De efficiëntie van dit apparaat wordt weergegeven als het aandeel van het opgewekte vermogen bij de weerstand in het belastingsgedeelte tot de warmtestroom over de belastingsweerstand. Deze verhouding wordt weergegeven als
Rendement = (opgewekt vermogen bij RL) / (warmtestroom ‘Q’)
= (IktweeRL.) / Q
Efficiëntie = (αΔT / R + RL.twee(R.L.) / Q
Op deze manier kan het rendement van de thermo-elektrische generator worden berekend.
Thermo-elektrische generatortypes
Op basis van de grootte van het TEG-apparaat, het soort warmtebron en bron voor warmteafvoer, vermogen en toepassingsdoel, worden TEG's hoofdzakelijk geclassificeerd als drie typen en dat zijn:
- Generatoren van fossiele brandstoffen
- Nucleair aangedreven generatoren
- Zonne bron generatoren
Generatoren voor fossiele brandstoffen
Dit type generator is ontworpen om gebruik te maken van kerosine, aardgas, butaan, hout, propaan en vliegtuigbrandstoffen als warmtebronnen. Voor commerciële toepassingen varieert het uitgangsvermogen van 10-100 watt. Dit soort thermo-elektrische generatoren wordt gebruikt op afgelegen locaties, zoals bij navigatie-assistentie, informatieverzameling, in communicatienetwerken en in kathodische veiligheid, waardoor elektrolyse wordt vermeden door het vernietigen van metalen leidingen en maritieme systemen.
Nucleair aangedreven generatoren
De afgebroken componenten van de radioactieve isotopen kunnen worden gebruikt om een warmtebron met verhoogde temperatuur voor de TEG-apparaten te bieden. Omdat deze apparaten navenant gevoelig zijn voor nucleaire emissie en het warmtebronelement gedurende een lange periode kan worden gebruikt, worden deze door atoombrandstof aangedreven thermo-elektrische generatoren toegepast in afgelegen toepassingen.
Generatoren op zonne-energie
Er zijn thermo-elektrische generatoren op zonne-energie gebruikt met weinig resultaten om de irrigatiepompen van minimale omvang van stroom te voorzien op afgelegen locaties en onderontwikkelde gebieden. Thermo-elektrische generatoren op zonne-energie zijn gebouwd om elektrische stroom te leveren aan ruimtevaartuigen in een baan.
Voordelen en nadelen van thermo-elektrische generatoren
De voordelen van de thermo-elektrische generator zijn:
- Aangezien alle componenten die in dit TEG-apparaat worden gebruikt, solid-state zijn, zijn ze betrouwbaarder
- Het extreme bereik van brandstofbronnen
- TEG-apparaten zijn gebouwd om een vermogen te leveren dat niet minimaal is tot dat van mW en groter dan KW, wat betekent dat ze enorm schaalbaar zijn
- Dit zijn apparaten voor directe energieomzetting
- Geruisloos bediend
- Minimaal formaat
- Deze kunnen zelfs functioneren bij extreme en nul zwaartekrachten
De nadelen van thermo-elektrische generator zijn:
- Deze zijn een beetje duur in vergelijking met andere soorten generatoren
- Deze hebben een minimale efficiëntie
- Minimale thermische eigenschappen
- Deze apparaten hebben meer uitgangsweerstand nodig
Thermo-elektrische generatortoepassingen
- Voor het verbeteren van de brandstofprestaties van auto's wordt meestal het TEG-apparaat gebruikt. Deze generatoren maken gebruik van warmte die wordt gegenereerd tijdens de werking van het voertuig
- Seebeck Power Generation wordt gebruikt om het ruimtevaartuig van stroom te voorzien.
- Thermo-elektrische generatoren die worden geïmplementeerd, leveren stroom voor de afgelegen stations zoals weersystemen, relaisnetwerken en andere
Dit gaat dus allemaal over het gedetailleerde concept van thermo-elektrische generatoren. Aangezien generatoren over het algemeen een grote bekendheid hebben, worden ze op grote schaal gebruikt in veel toepassingen in vele domeinen. Afgezien van deze gerelateerde concepten, is het andere concept dat hier duidelijk bekend moet zijn, wat is
