W fizyce wiemy, że energia nie może być stworzona ani zniszczona, może tylko zmienić swoją formę.co skłania inżynierów do znalezienia sposobów na przekształcenie energii w bardziej użyteczne formy.
Efekt ten został po raz pierwszy odkryty przez Thomasa Seebecka i jest obecnie znany jako efekt Seebecka.który został zastosowany w urządzeniach zwanych generatorami termoelektrycznymi (TEG)Dopiero w XX wieku te urządzenia w stanie stałym poczyniły znaczący postęp w praktycznych zastosowaniach, a pierwsze komercyjne wersje pojawiły się w latach sześćdziesiątych.TEG weszła w wiele różnych rodzajów dziedzin zastosowań.
Podstawowa znajomość modułu TEG
Zasada działania modułu generatora termoelektrycznego (zwykle nazywanego TEG) polega na przekształcaniu różnicy temperatury w napięcie i odwrotnie.Ta cecha nazywa się efektem termoelektrycznym., który obejmuje trzy powiązane części: 1) Efekt Seebecka, który generuje energię elektryczną poprzez gradient temperatury;2) Efekt Peltiera odnosi się do absorpcji lub uwalniania ciepła, gdy prąd przepływa przez dwa różne materiały3) Efekt Thomsona odnosi się do wytwarzania lub absorpcji ciepła w zależności od kierunku przepływu prądu.
Powszechnym punktem zamieszania w technologii termoelektrycznej jest różnica między generatorami termoelektrycznymi (TEG) a chłodnicami termoelektrycznymi (TEC).TEG wykorzystuje efekt Seebecka do wytwarzania energii elektrycznej poprzez ciepło, podczas gdy TEC wykorzystuje efekt Peltier'a do zapewnienia chłodzenia lub utrzymania stabilnej temperatury.TEG może osiągać wysokie różnice temperatury i wydajny moc wyjściową, podczas gdy TEC wykorzystuje materiały takie jak ceramika i miedź w celu optymalizacji przewodzenia ciepła.
W rzeczywistości, jeśli celem jest wytwarzanie energii elektrycznej z wykorzystaniem energii cieplnej, wówczas moduł TEG jest właściwym wyborem.Same Sky dostarcza zarówno moduły TEG, jak i moduły Peltier, co ułatwia wybór odpowiednich urządzeń zgodnie z potrzebami projektowymi.
W nowoczesnych generatorach termoelektrycznych (TEG) energia elektryczna jest wytwarzana, gdy istnieje różnica temperatury między gorącą i zimną powierzchnią.pomiędzy dwiema płytami umieszcza się wiele par półprzewodników typu n i typu p (zwykle wykonanych z tellurydu bismutu) (rysunek 1)W materiałach typu n elektrony przepływają z gorącej strony na zimną, podczas gdy w materiałach typu p ruch jest spowodowany migracją otworów (tj. wolnych miejsc elektronów) w tym samym kierunku.Te dwa przepływy wspólnie wytwarzają napięcie, a im większa różnica temperatur, tym wyższe napięcie wyjściowe.
TEG jest szczególnie cenny w sytuacjach, w których mogą wystąpić odpady cieplne, takie jak w produkcji przemysłowej, ponieważ pomaga odzyskać utraconą energię.Na przykład:W przypadku braku wystarczającej ilości światła słonecznego ciepło wytwarzane w wyniku rozpadu radioaktywnego przekształca się w energię elektryczną w celu zasilania sond kosmicznych.
Wspólne struktury modułów TEG
Rysunek 1: Wspólna struktura modułu TEG (źródło zdjęcia: Same Sky)
Zalety i wady TEG
Główną zaletą modułów termoelektrycznych półprzewodnikowych wytwarzania energii (TEG) jest ich zdolność do przekształcania ciepła odpadowego w użyteczną energię elektryczną,który pomaga uchwycić energię, która w przeciwnym razie byłaby utraconaDlatego moduły TEG są nie tylko praktyczne, ale także przyjazne dla środowiska.
Ponieważ TEG jest urządzeniem w stanie stałym, nie ma ruchomych części, co oznacza, że moduł ten nie ma hałasu słyszalnego, jest solidny i trwały i nie wymaga prawie żadnej konserwacji.Ten moduł ma zwarty wygląd, może być zainstalowany w małych przestrzeniach i zapewnia wiele napięć i prądów, nie polegając na tradycyjnych sieciach energetycznych w celu zapewnienia niezawodnej energii.Dzięki temu TEG jest idealnym wyborem dla urządzeń zdalnych lub alternatywnych systemów baterii.
Chociaż generatory termoelektryczne (TEG) stanowią niezawodne źródło energii elektrycznej, mają również ograniczenia projektowe.Wydajność tego generatora w dużej mierze zależy od dużych różnic temperaturPonadto wydajność konwersji TEG jest zazwyczaj niska, zazwyczaj około 10%,który nie jest wysoki w porównaniu z wieloma innymi technologiami wytwarzania energii.
Główne kryteria wyboru TEG
Przy integracji modułów termoelektrycznych do systemu należy uwzględnić kluczowe specyfikacje, które bezpośrednio wpływają na ich działanie.Najważniejszym czynnikiem w pracy generatora jest różnica temperatury między gorącą i zimną powierzchnią (zwykle określana jako Δ T)Chociaż będzie to miało wpływ na wytwarzanie energii przez TEG, tabela danych nie zawsze wyświetla ją w ten sposób.która jest najwyższą bezpieczną temperaturą pracy, które pomagają określić warunki ekstremalne, ale niekoniecznie są optymalnymi warunkami eksploatacji.
Inne przydatne specyfikacje obejmują napięcie otwartego obwodu, dopasowane napięcie obciążenia, prąd, rezystancja i moc.wydajność generatora termoelektrycznego pod rzeczywistym obciążeniem cieplnym i elektrycznym można zrozumiećW tabelach danych (takich jak tabela danych Same Sky) informacje te są zwykle wyświetlane w postaci tabel (rysunek 2) i wykresów wydajności (rysunek 3) w celu ułatwienia projektowania na poziomie systemu.