Im Jahr 1821 belebte ein berühmter Wissenschaftler namens Johann Seebeck das Konzept des Wärmegradienten, der zwischen zwei verschiedenen Leitern entwickelt wird und Strom erzeugen kann. In Bezug auf den thermoelektrischen Effekt gibt es ein Konzept, das als Temperaturgradient in der leitenden Substanz bezeichnet wird und Wärme erzeugt, und dieses Ergebnis bei der Diffusion des Ladungsträgers. Dieser Wärmefluss zwischen den heißen und kühlen Substanzen entwickelte sich Stromspannung Unterschied. In diesem Szenario wurde das Gerät thermoelektrisch entdeckt Generator und heute befasst sich unser Artikel mit seiner Arbeitsweise, seinen Vorteilen, Einschränkungen und verwandten Konzepten.

Was ist ein thermoelektrischer Generator?

Thermoelektrisch ist der Name, der die Kombination der Wörter elektrisch und thermo ist. Der Name bedeutet also, dass Wärme Wärmeenergie und Elektrizität elektrischer Energie entspricht. Und thermoelektrische Generatoren sind die Geräte, die bei der Umwandlung der Temperaturdifferenz, die zwischen den beiden Abschnitten erzeugt wird, in die implementiert werden elektrische Energieform . Das ist das Grundlegende Definition des thermoelektrischen Generators .

Diese Geräte sind abhängig von den thermoelektrischen Effekten, die eine Grenzfläche zwischen dem Wärmefluss und der Elektrizität durch feste Komponenten beinhalten.

Konstruktion

Thermoelektrische Generatoren sind Geräte, bei denen es sich um Festkörperwärmekomponenten handelt, die aus zwei wesentlichen Übergängen vom p-Typ und vom n-Typ bestehen. Der P-Typ-Übergang hat eine erhöhte Konzentration von + ve Ladung und der n-Typ-Übergang hat eine erhöhte Konzentration von -ve geladenen Elementen.

Die Komponenten vom p-Typ sind in dem Zustand dotiert, dass sie positiv geladene Ladungsträger oder Löcher aufweisen, wodurch ein positiver Seebeck-Koeffizient bereitgestellt wird. In ähnlicher Weise werden Komponenten vom n-Typ dotiert, um mehr negativ geladene Ladungsträger zu haben, wodurch ein negativer Typ des Seeback-Koeffizienten bereitgestellt wird.

Thermoelektrischer Generator funktioniert

Mit dem Durchgang der elektrischen Verbindung zwischen den beiden Übergängen bewegt sich jeder positiv geladene Träger zum n-Übergang, und ähnlich negativ geladene Träger bewegen sich zum p-Übergang. In dem thermoelektrische Generatorkonstruktion Das am häufigsten implementierte Element ist Bleitellurid.

Es ist die Komponente, die aus Tellur und Blei besteht und nur minimale Mengen an Natrium oder Wismut enthält. Darüber hinaus sind die anderen Elemente, die in dieser Vorrichtungskonstruktion verwendet werden, Wismutsulfid, Zinn-Tellurid, Wismut-Tellurid, Indiumarsenid, Germaniumtellurid und viele andere. Mit diesen Materialien, thermoelektrischer Generator Design kann gemacht werden.

Funktionsprinzip des thermoelektrischen Generators

Das thermoelektrischer Generator arbeitet ist abhängig vom Seeback-Effekt. Bei diesem Effekt erzeugt eine Schleife, die zwischen den beiden verschiedenen Metallen gebildet wird, eine EMK, wenn die Metallübergänge auf verschiedenen Temperaturniveaus gehalten werden. Aufgrund dieses Szenarios werden diese auch als Seeback-Stromerzeuger bezeichnet. Das Blockschaltbild des thermoelektrischen Generators wird angezeigt als:

Blockdiagramm

Ein thermoelektrischer Generator ist im Allgemeinen in einer Wärmequelle enthalten, die auf hohen Temperaturwerten gehalten wird, und ein Kühlkörper ist ebenfalls enthalten. Hier muss die Kühlkörpertemperatur niedriger sein als die der Wärmequelle. Die Änderung der Temperaturwerte für die Wärmequelle und den Kühlkörper ermöglicht den fließenden Strom über den Lastabschnitt.

Bei dieser Art der Energieumwandlung gibt es keine Übergangsenergieumwandlungen, die sich von den anderen Arten der Energieumwandlung unterscheiden. Aus diesem Grund wird es als direkte Energieumwandlung bezeichnet. Die aufgrund dieses Seeback-Effekts erzeugte Leistung ist einphasig und wird als I dargestellt^zweiR._L.wobei RL dem Widerstandswert bei Last entspricht.

Die Werte für Ausgangsspannung und Leistung können auf zwei Arten erhöht werden. Zum einen durch Erhöhen der Temperaturschwankungen zwischen heißen und kalten Kanten und zum anderen durch Reihenschaltung mit thermoelektrischen Stromerzeugern.

Die Spannung dieser TEG-Vorrichtung ist gegeben durch V = αΔT,

Wobei 'α' dem Seeback-Koeffizienten entspricht und 'Δ' die Temperaturschwankung zwischen den beiden Übergängen ist. Damit ist der Stromfluss gegeben durch

I = (V / R + R._L.)

Daraus ergibt sich die Spannungsgleichung

V = αΔT / R + R._L.

Daraus ergibt sich der Leistungsfluss über den Lastabschnitt

P bei Last = (αΔT / R + R._L.)^zwei(R._L.)

Die Nennleistung ist höher, wenn R R erreicht_L., dann

Pmax = (αΔT)^zwei/ (4R)

Es fließt Strom bis zu dem Zeitpunkt, an dem die heiße Kante mit Wärme versorgt und der kalten Kante Wärme entzogen wird. Und der entwickelte Strom liegt in Gleichstromform vor und kann durch in Wechselstrom umgewandelt werden Wechselrichter . Die Spannungswerte können durch die Implementierung von Transformatoren erhöht werden.

Diese Art der Energieumwandlung kann auch reversibel sein, wenn der Energieflusspfad zurück geändert werden kann. Wenn sowohl Gleichstrom als auch Last von den Kanten entfernt werden, kann den thermoelektrischen Generatoren einfach Wärme entzogen werden. Das ist also die Theorie des thermoelektrischen Generators hinter der Arbeit.

Wirkungsgradgleichung des thermoelektrischen Generators

Der Wirkungsgrad dieser Vorrichtung wird als Verhältnis der am Widerstand im Lastabschnitt erzeugten Leistung zum Wärmefluss über den Lastwiderstand dargestellt. Dieses Verhältnis wird dargestellt als

Wirkungsgrad = (Stromerzeugung bei RL) / (Wärmestrom „Q“)

= (I.^zweiR._L.) / Q.

Wirkungsgrad = (αΔT / R + R._L.)^zwei(R._L.) / Q.

So kann der Wirkungsgrad des thermoelektrischen Generators berechnet werden.

Thermoelektrische Generatortypen

Basierend auf der Größe des TEG-Geräts, der Art der Wärmequelle und der Quelle für den Kühlkörper, der Leistungsfähigkeit und dem Anwendungszweck werden TEGs hauptsächlich in drei Typen eingeteilt:

Generatoren für fossile Brennstoffe
Kerngeneratoren
Solar Quellengeneratoren

Generatoren für fossile Brennstoffe

Dieser Generatortyp ist für die Verwendung von Kerosin, Erdgas, Butan, Holz, Propan und Düsentreibstoffen als Wärmequellen ausgelegt. Für kommerzielle Anwendungen reicht die Ausgangsleistung von 10 bis 100 Watt. Diese Arten von thermoelektrischen Generatoren werden an abgelegenen Orten wie Navigationshilfen, Informationssammlung, Kommunikationsnetzen und in der kathodischen Sicherheit eingesetzt, um zu verhindern, dass durch Elektrolyse Metallrohre und Schiffssysteme zerstört werden.

Kerngeneratoren

Die zersetzten Komponenten der radioaktiven Isotope könnten verwendet werden, um eine Wärmequelle mit erhöhter Temperatur für die TEG-Vorrichtungen bereitzustellen. Da diese Geräte für die Kernemission entsprechend empfindlich sind und das Wärmequellenelement über einen langen Zeitraum verwendet werden kann, werden diese kernbetriebenen thermoelektrischen Generatoren in entfernten Anwendungen eingesetzt.

Solarquellengeneratoren

Solarthermieelektrische Generatoren wurden mit wenigen Erfolgen eingesetzt, um Bewässerungspumpen mit minimaler Leistung an abgelegenen Orten und in unterentwickelten Gebieten mit minimaler Leistung zu versorgen. Solarthermieelektrische Generatoren sind so konstruiert, dass sie elektrische Energie für umlaufende Raumfahrzeuge liefern.

Vor- und Nachteile von thermoelektrischen Generatoren

Das Vorteile des thermoelektrischen Generators sind:

“wie man einen mosfet als schalter verdrahtet ”

Da alle in diesem TEG-Gerät verwendeten Komponenten Festkörperkomponenten sind, weisen sie eine verbesserte Zuverlässigkeit auf
Die extreme Reichweite der Kraftstoffquellen
TEG-Geräte sind so konstruiert, dass sie eine Leistung liefern, die nicht minimal bis zu mW und höher als KW ist, was bedeutet, dass sie eine enorme Skalierbarkeit aufweisen
Dies sind direkte Energieumwandlungsgeräte
Leise betrieben
Minimale Größe
Diese können auch im extremen und Nullbereich der Gravitationskräfte funktionieren

Das Nachteile des thermoelektrischen Generators sind:

Diese sind im Vergleich zu anderen Generatortypen etwas teuer
Diese haben eine minimale Effizienz
Minimale thermische Eigenschaften
Diese Geräte benötigen mehr Ausgangswiderstand

Thermoelektrische Generatoranwendungen

Zur Verbesserung der Kraftstoffleistung von Autos wird meist das TEG-Gerät eingesetzt. Diese Generatoren nutzen die Wärme, die zum Zeitpunkt des Fahrzeugbetriebs erzeugt wird
Seebeck Power Generation wird verwendet, um das Raumschiff mit Strom zu versorgen.
Zu implementierende thermoelektrische Generatoren versorgen die entfernten Stationen wie Wettersysteme, Relais-Netzwerke und andere mit Strom

Hier geht es also um das detaillierte Konzept der thermoelektrischen Generatoren. Da Generatoren eine große Bedeutung haben, werden sie im Großen und Ganzen in vielen Anwendungen in vielen Bereichen eingesetzt. Abgesehen von diesen verwandten Konzepten ist das andere Konzept, das hier klar bekannt sein muss, das, was ist