No ano de 1821, um famoso cientista chamado Johann Seebeck reviveu o conceito de gradiente térmico que se desenvolve entre dois vários condutores e pode gerar eletricidade. Em relação ao efeito termoelétrico, existe um conceito denominado gradiente de temperatura na substância condutora que produz calor e esse resultado na difusão do portador de carga. Este fluxo de calor entre as substâncias quentes e frias desenvolvido Tensão diferença. Então, neste cenário descobriu-se o dispositivo termoelétrico gerador , e hoje, nosso artigo é sobre seu funcionamento, vantagens, limitações e conceitos relacionados.

O que é gerador termoelétrico?

Termelétrico é o nome que é a combinação das palavras elétrico e térmico. Portanto, o nome significa que térmica corresponde à energia térmica e eletricidade corresponde à energia elétrica. E os geradores termoelétricos são os dispositivos que são implementados na conversão da diferença de temperatura que é gerada entre as duas seções no forma elétrica de energia . Este é o básico definição de gerador termoelétrico .

Esses dispositivos são dependentes dos efeitos termoelétricos que envolvem a interface que ocorre entre o fluxo de calor e a eletricidade através de componentes sólidos.

Construção

Geradores termoelétricos são os dispositivos que são componentes de calor de estado sólido construídos de duas junções essenciais que são do tipo p e do tipo n. A junção tipo P tem uma concentração aumentada de carga + ve e a junção tipo n tem uma concentração aumentada de elementos carregados -ve.

Os componentes do tipo p são dopados na condição de ter mais portadores carregados positivos ou orifícios, fornecendo assim um coeficiente de Seebeck positivo. De forma semelhante, componentes do tipo n são dopados para ter mais portadores carregados negativos, fornecendo assim um tipo negativo de coeficiente de Seeback.

Gerador termoelétrico funcionando

Com a passagem da conexão elétrica entre as duas junções, cada portadora carregada positivamente se move para a junção n e a portadora com carga negativa semelhante se move para a junção p. No construção de gerador termoelétrico , o elemento mais implementado é o telureto de chumbo.

É o componente feito de telúrio e chumbo que contém quantidades mínimas de sódio ou bismuto. Além disso, os outros elementos que são usados na construção deste dispositivo são sulfeto de bismuto, telureto de estanho, telureto de bismuto, arseneto de índio, telureto de germânio e muitos outros. Com esses materiais, projeto de gerador termoelétrico pode ser feito.

Princípio de funcionamento do gerador termoelétrico

O gerador termoelétrico funcionando depende do efeito Seeback. Nesse efeito, um loop que é formado entre os dois vários metais gera uma fem quando as junções de metal são mantidas em vários níveis de temperatura. Devido a esse cenário, eles também são chamados de geradores de energia Seeback. O diagrama de blocos do gerador termoelétrico é mostrado como:

Diagrama de bloco

Um gerador termoelétrico é geralmente incluído com uma fonte de calor que é mantida em altos valores de temperatura e um dissipador de calor também está incluído. Aqui, a temperatura do dissipador de calor deve ser menor do que a da fonte de calor. A mudança nos valores de temperatura da fonte de calor e do dissipador de calor permite o fluxo de corrente através da seção de carga.

Nesse tipo de transformação de energia, não existem conversões de energia de transição diferentes dos outros tipos de conversão de energia. Por causa disso, é denominado como transformação de energia direta. A energia gerada por causa deste efeito Seeback é do tipo DC monofásica e é representada como I^doisR_euonde RL corresponde ao valor da resistência na carga.

Os valores de tensão e potência de saída podem ser aumentados de duas maneiras. Uma é aumentar a variação de temperatura que sobe entre as bordas quentes e frias e a outra é formar uma conexão em série com geradores de energia termoelétrica.

A tensão deste dispositivo TEG é dada por V = αΔ T,

Onde 'α' corresponde ao coeficiente Seeback e 'Δ' é a variação de temperatura entre as duas junções. Com isso, o fluxo atual é dado por

I = (V / R + R_eu)

A partir disso, a equação da tensão é

V = αΔT / R + R_eu

A partir disso, o fluxo de energia através da seção de carga é

P na carga = (αΔT / R + R_eu)^dois(R_eu)

A classificação de potência é maior quando R atinge R_eu, então

Pmax = (αΔT)^dois/ (4R)

Haverá fluxo de corrente até o momento em que houver fornecimento de calor para a borda quente e remoção de calor da borda fria. E a corrente desenvolvida está na forma DC e pode ser transformada em tipo AC através inversores . Os valores de tensão podem ser mais aumentados com a implementação de transformadores.

Este tipo de conversão de energia também pode ser reversível onde o caminho do fluxo de energia pode ser alterado de volta. Quando a energia e a carga CC são removidas das bordas, o calor pode ser simplesmente retirado dos geradores termoelétricos. Então, este é o teoria do gerador termoelétrico atrás de trabalhar.

Equação de eficiência do gerador termoelétrico

A eficiência desse dispositivo é representada como a proporção da energia gerada no resistor na seção de carga para o fluxo de calor através do resistor de carga. Esta proporção é representada como

Eficiência = (energia gerada em RL) / (fluxo de calor 'Q')

= (Eu^doisR_eu) / Q

Eficiência = (αΔT / R + R_eu)^dois(R_eu) / Q

É assim que a eficiência do gerador termoelétrico pode ser calculada.

Tipos de gerador termoelétrico

Com base no tamanho do dispositivo TEG, tipo de fonte de calor e fonte para dissipador de calor, capacidade de energia e finalidade da aplicação, os TEGs são classificados principalmente em três tipos e são:

Geradores de combustível fóssil
Geradores nucleares
Solar geradores de fonte

Geradores de combustível fóssil

Esse tipo de gerador é projetado para utilizar querosene, gás natural, butano, madeira, propano e combustíveis para aviação como fontes de calor. Para aplicações comerciais, a potência de saída varia de 10 a 100 watts. Esses tipos de geradores termoelétricos são empregados em locais remotos como em assistência à navegação, coleta de informações, em redes de comunicação e em segurança catódica, evitando assim a eletrólise de destruir tubos metálicos e sistemas marítimos.

Geradores de combustível nuclear

Os componentes decompostos dos isótopos radioativos podem ser utilizados para oferecer uma fonte de calor de temperatura elevada para os dispositivos TEG. Como esses dispositivos são correspondentemente sensíveis à emissão nuclear e o elemento de fonte de calor pode ser usado por um longo período, esses geradores termoelétricos movidos a energia nuclear são aplicados em aplicações remotas.

Geradores de fonte solar

Geradores termoelétricos solares têm sido empregados com poucas conquistas para fornecer energia de tamanho mínimo para bombas de irrigação em locais remotos e áreas subdesenvolvidas. Geradores termoelétricos solares são construídos para fornecer energia elétrica para espaçonaves em órbita.

Vantagens e desvantagens de geradores termoelétricos

O vantagens do gerador termoelétrico está:

“o que é um anemômetro e como funciona ”

Como todos os componentes usados neste dispositivo TEG são de estado sólido, eles têm maior confiabilidade
A gama extrema de fontes de combustível
Os dispositivos TEG são construídos para fornecer potência não mínima à de mW e maior do que KW, o que significa que eles têm grande escalabilidade
Estes são dispositivos de transformação direta de energia
Operado silenciosamente
Tamanho mínimo
Estes podem funcionar até mesmo na faixa extrema e zero de forças gravitacionais

O desvantagens do gerador termoelétrico está:

Eles são um pouco caros quando comparados a outros tipos de geradores
Estes têm eficiência mínima
Propriedades térmicas mínimas
Esses dispositivos precisam de mais resistência de saída

Aplicações de gerador termoelétrico

Para melhorar o desempenho de combustível dos carros, o dispositivo TEG é empregado principalmente. Esses geradores aproveitam o calor gerado no momento da operação do veículo
Seebeck Power Generation é utilizado para fornecer energia para a nave espacial.
Geradores termoelétricos a serem implementados fornecem energia para as estações remotas, como sistemas meteorológicos, redes de retransmissão e outros

Então, isso é tudo sobre o conceito detalhado de geradores termelétricos. No geral, como os geradores têm grande destaque, eles são amplamente usados em muitas aplicações em muitos domínios. Além desses conceitos relacionados, o outro conceito a ser claramente conhecido aqui é o que é