ในปี พ.ศ. 2364 นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังชื่อโยฮันน์ซีเบ็คได้ฟื้นแนวคิดการไล่ระดับความร้อนซึ่งพัฒนาขึ้นระหว่างตัวนำสองตัวที่แตกต่างกันและสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ในความสัมพันธ์กับผลของเทอร์โมอิเล็กทริกมีแนวคิดที่เรียกว่าการไล่ระดับอุณหภูมิในสารตัวนำซึ่งก่อให้เกิดความร้อนและผลลัพธ์นี้ในการแพร่กระจายของตัวพาประจุ การไหลของความร้อนระหว่างสารร้อนและเย็นที่พัฒนาขึ้น แรงดันไฟฟ้า ความแตกต่าง ดังนั้นสถานการณ์นี้ได้ค้นพบเทอร์โมอิเล็กทริกของอุปกรณ์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และวันนี้บทความของเราเกี่ยวกับการทำงานข้อดีข้อ จำกัด และแนวคิดที่เกี่ยวข้อง

Thermoelectric Generator คืออะไร?

เทอร์โมอิเล็กทริกเป็นชื่อที่รวมกันของคำว่าไฟฟ้าและเทอร์โม ดังนั้นชื่อจึงบ่งบอกว่าความร้อนสอดคล้องกับพลังงานความร้อนและไฟฟ้าสอดคล้องกับพลังงานไฟฟ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการแปลงความแตกต่างของอุณหภูมิที่สร้างขึ้นระหว่างทั้งสองส่วนลงใน รูปพลังงานไฟฟ้า . นี่คือพื้นฐาน นิยามเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก .

อุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับผลกระทบของเทอร์โมอิเล็กทริกซึ่งเกี่ยวข้องกับส่วนต่อประสานที่เกิดขึ้นระหว่างการไหลของความร้อนและกระแสไฟฟ้าผ่านส่วนประกอบที่เป็นของแข็ง

การก่อสร้าง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โมอิเล็กทริกเป็นอุปกรณ์ที่เป็นส่วนประกอบความร้อนแบบโซลิดสเตทที่สร้างขึ้นจากจุดเชื่อมที่สำคัญสองจุดคือชนิด p และชนิด n จุดเชื่อมต่อชนิด P มีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นของประจุ + ve และทางแยกประเภท n มีความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นขององค์ประกอบที่มีประจุ -ve

ส่วนประกอบประเภท p ถูกเจือในสภาพที่มีตัวพาหรือรูที่มีประจุบวกมากขึ้นจึงให้สัมประสิทธิ์ Seebeck เป็นบวก ในทำนองเดียวกันส่วนประกอบประเภท n จะถูกเจือให้มีตัวพาที่มีประจุลบมากขึ้นดังนั้นจึงให้สัมประสิทธิ์ Seeback ประเภทลบ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกทำงาน

ด้วยทางเดินของการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างทางแยกทั้งสองตัวพาหะที่มีประจุบวกทุกตัวจะเคลื่อนที่ไปยังจุดเชื่อมต่อ n และตัวพาที่มีประจุลบในทำนองเดียวกันจะเคลื่อนที่ไปยังจุดเชื่อมต่อ p ใน การก่อสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก องค์ประกอบที่นำไปใช้มากที่สุดคือตะกั่วเทลลูไรด์

เป็นส่วนประกอบที่สร้างจากเทลลูเรียมและตะกั่วซึ่งมีโซเดียมหรือบิสมัทในปริมาณน้อยที่สุด นอกจากนี้องค์ประกอบอื่น ๆ ที่ใช้ในโครงสร้างอุปกรณ์นี้ ได้แก่ บิสมัทซัลไฟด์ดีบุกเทลลูไรด์บิสมัทเทลลูไรด์อินเดียมอาร์เซไนด์เจอร์เมเนียมเทลลูไรด์และอื่น ๆ อีกมากมาย ด้วยวัสดุเหล่านี้ การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก สามารถทำได้.

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกทำงาน ขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ Seeback ในผลนี้วงที่เกิดขึ้นระหว่างโลหะทั้งสองชนิดจะสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเมื่อส่วนเชื่อมโลหะยังคงอยู่ที่ระดับอุณหภูมิต่างๆ เนื่องจากสถานการณ์นี้จึงเรียกว่า Seeback เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แผนภาพบล็อกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก แสดงเป็น:

แผนภาพบล็อก

โดยทั่วไปเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกจะรวมอยู่กับแหล่งความร้อนที่คงไว้ที่อุณหภูมิที่สูงและรวมอ่างความร้อนไว้ด้วย ที่นี่อุณหภูมิอ่างความร้อนจะต้องน้อยกว่าแหล่งความร้อน การเปลี่ยนแปลงค่าอุณหภูมิของแหล่งความร้อนและตัวระบายความร้อนทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านส่วนโหลด

ในการเปลี่ยนแปลงพลังงานประเภทนี้ไม่มีการแปลงพลังงานเฉพาะกาลที่แตกต่างจากการแปลงพลังงานประเภทอื่น ด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าการเปลี่ยนรูปพลังงานโดยตรง พลังงานที่สร้างขึ้นเนื่องจากเอฟเฟกต์ Seeback นี้เป็นประเภท DC เฟสเดียวและแสดงเป็น I^สองร_ลโดยที่ RL สอดคล้องกับค่าความต้านทานที่โหลด

แรงดันขาออกและค่าพลังงานสามารถเพิ่มได้สองวิธี ประการหนึ่งคือการเพิ่มการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นระหว่างขอบร้อนและเย็นและอีกประการหนึ่งคือการสร้างการเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับเครื่องกำเนิดพลังงานเทอร์โมอิเล็กทริก

แรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ TEG นี้กำหนดโดย V = αΔ T,

โดยที่ 'α' สอดคล้องกับค่าสัมประสิทธิ์ Seeback และ 'Δ' คือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิระหว่างจุดแยกทั้งสอง ด้วยสิ่งนี้กระแสจะถูกกำหนดโดย

ฉัน = (V / R + R_ล)

จากนี้สมการแรงดันไฟฟ้าคือ

V = αΔT / R + R_ล

จากนี้กระแสไฟฟ้าทั่วส่วนโหลดคือ

P ที่โหลด = (αΔT / R + R_ล)^สอง(ร_ล)

ระดับกำลังจะมากขึ้นเมื่อ R ถึง R_ลแล้ว

Pmax = (αΔT)^สอง/ (4R)

จะมีการไหลของกระแสจนถึงเวลาที่มีการจ่ายความร้อนไปยังขอบร้อนและการระบายความร้อนออกจากขอบเย็น และกระแสไฟฟ้าที่พัฒนาแล้วอยู่ในรูปแบบ DC และสามารถเปลี่ยนเป็นประเภท AC ได้ อินเวอร์เตอร์ . สามารถเพิ่มค่าแรงดันไฟฟ้าได้มากขึ้นผ่านการใช้หม้อแปลง

การแปลงพลังงานประเภทนี้สามารถย้อนกลับได้โดยที่เส้นทางการไหลของพลังงานสามารถเปลี่ยนกลับได้ เมื่อนำทั้งไฟฟ้ากระแสตรงและโหลดออกจากขอบแล้วก็สามารถดึงความร้อนออกจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โมอิเล็กทริกได้ ดังนั้นนี่คือไฟล์ ทฤษฎีกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริก เบื้องหลังการทำงาน

สมการประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก

ประสิทธิภาพของอุปกรณ์นี้แสดงเป็นสัดส่วนของกำลังไฟฟ้าที่สร้างขึ้นที่ตัวต้านทานที่ส่วนโหลดต่อการไหลของความร้อนทั่วตัวต้านทานโหลด อัตราส่วนนี้แสดงเป็น

ประสิทธิภาพ = (สร้างพลังงานที่ RL) / (การไหลของความร้อน 'Q')

= (ฉัน^สองร_ล) / ถาม

ประสิทธิภาพ = (αΔT / R + R_ล)^สอง(ร_ล) / ถาม

นี่คือวิธีการคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก

ประเภทเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก

ขึ้นอยู่กับขนาดอุปกรณ์ TEG ชนิดของแหล่งความร้อนและแหล่งที่มาของตัวระบายความร้อนความสามารถในการใช้พลังงานและวัตถุประสงค์ในการใช้งาน TEG นั้นส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ :

เครื่องกำเนิดเชื้อเพลิงฟอสซิล
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
แสงอาทิตย์ กำเนิดแหล่งที่มา

เครื่องกำเนิดเชื้อเพลิงฟอสซิล

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้ออกแบบมาเพื่อใช้น้ำมันก๊าดก๊าซธรรมชาติบิวเทนไม้โพรเพนและเชื้อเพลิงเครื่องบินเป็นแหล่งความร้อน สำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์กำลังขับตั้งแต่ 10-100 วัตต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โมอิเล็กทริกประเภทนี้ใช้ในสถานที่ห่างไกลเช่นในการช่วยเดินเรือการรวบรวมข้อมูลในเครือข่ายการสื่อสารและความปลอดภัยของ cathodic ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงการอิเล็กโทรไลซิสจากการทำลายท่อโลหะและระบบทางทะเล

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

ส่วนประกอบที่ย่อยสลายแล้วของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีอาจถูกนำไปใช้เพื่อให้แหล่งความร้อนที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นสำหรับอุปกรณ์ TEG เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้มีความเหมาะสมต่อการปล่อยนิวเคลียร์และองค์ประกอบแหล่งความร้อนสามารถใช้งานได้เป็นเวลานานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกที่ใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เหล่านี้จึงถูกนำไปใช้ในการใช้งานระยะไกล

เครื่องกำเนิดพลังงานแสงอาทิตย์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกพลังงานแสงอาทิตย์ถูกนำมาใช้โดยมีความสำเร็จเพียงเล็กน้อยในการจัดหาปั๊มน้ำชลประทานขนาดเล็กที่สุดในสถานที่ห่างไกลและพื้นที่ด้อยพัฒนา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกพลังงานแสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นเพื่อจ่ายพลังงานไฟฟ้าสำหรับยานอวกาศที่โคจรอยู่

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก

ข้อดีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก คือ:

“ความแตกต่างระหว่างตัวนำเซมิคอนดักเตอร์และฉนวน ”

เนื่องจากส่วนประกอบทั้งหมดที่ใช้ในอุปกรณ์ TEG นี้เป็นโซลิดสเตทจึงเพิ่มความน่าเชื่อถือ
แหล่งเชื้อเพลิงที่หลากหลาย
อุปกรณ์ TEG ถูกสร้างขึ้นเพื่อส่งมอบพลังงานตั้งแต่ไม่น้อยไปจนถึง mW และมากกว่า KW ซึ่งหมายความว่ามีความสามารถในการปรับขนาดได้มาก
สิ่งเหล่านี้เป็นอุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานโดยตรง
ทำงานเงียบ
ขนาดเล็กที่สุด
สิ่งเหล่านี้สามารถทำงานได้แม้ในช่วงแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงและเป็นศูนย์

ข้อเสียของเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริก คือ:

สิ่งเหล่านี้มีราคาแพงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดอื่น ๆ
สิ่งเหล่านี้มีประสิทธิภาพน้อยที่สุด
คุณสมบัติทางความร้อนน้อยที่สุด
อุปกรณ์เหล่านี้ต้องการความต้านทานเอาต์พุตมากขึ้น

การใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงของรถยนต์อุปกรณ์ TEG ส่วนใหญ่ใช้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้ใช้ประโยชน์จากความร้อนที่เกิดขึ้นในขณะที่รถทำงาน
Seebeck Power Generation ถูกนำมาใช้เพื่อจัดหาพลังงานให้กับยานอวกาศ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โมอิเล็กทริกที่นำไปใช้ให้พลังงานสำหรับสถานีระยะไกลเช่นระบบสภาพอากาศเครือข่ายรีเลย์และอื่น ๆ

ทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับแนวคิดโดยละเอียดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก โดยรวมแล้วเนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความโดดเด่นอย่างมากจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายแอปพลิเคชันในหลายโดเมน นอกเหนือจากแนวคิดที่เกี่ยวข้องเหล่านี้แล้วแนวคิดอื่น ๆ ที่ต้องทราบอย่างชัดเจนคืออะไร