Tạo mạch máy phát nhiệt điện (TEG)

Máy phát nhiệt điện (TEG) là một loại 'thiết bị năng lượng tự do' có đặc tính chuyển đổi nhiệt độ thành điện năng . Trong bài đăng này, chúng ta tìm hiểu một chút về khái niệm này và tìm hiểu cách chúng ta có thể sử dụng nó để tạo ra điện từ nhiệt và lạnh.

TEG là gì

Trong một trong những bài viết trước đây của tôi, tôi đã giải thích một khái niệm tương tự liên quan đến cách tạo một tủ lạnh nhỏ bằng thiết bị Peltier

Thiết bị Peltier về cơ bản cũng là một TEG được thiết kế để tạo ra điện từ sự chênh lệch nhiệt độ. Một thiết bị nhiệt điện khá giống với một cặp nhiệt điện , sự khác biệt duy nhất là trong thành phần của hai đối tác.

Trong TEG, hai vật liệu bán dẫn khác nhau (p-n) được sử dụng để tạo hiệu ứng trong khi một cặp nhiệt điện hoạt động với hai kim loại khác nhau cho cùng một loại, mặc dù một cặp nhiệt điện có thể yêu cầu chênh lệch nhiệt độ lớn hơn đáng kể so với phiên bản TEG nhỏ hơn.

Còn được gọi phổ biến là hiệu ứng 'Seebeck', nó cho phép thiết bị TEG bắt đầu tạo ra điện khi chịu sự chênh lệch nhiệt độ qua các mặt của nó. Điều này xảy ra do cấu trúc bên trong được cấu hình đặc biệt của thiết bị sử dụng một vài chất bán dẫn p và n pha tạp cho quá trình này.

Hiệu ứng Seebeck

Theo nguyên tắc Seebeck khi hai vật liệu bán dẫn chịu hai mức nhiệt độ cực cao, bắt đầu chuyển động của điện tử qua tiếp giáp p-n, dẫn đến sự phát triển của sự chênh lệch điện thế trên các đầu cuối bên ngoài của vật liệu.

Mặc dù khái niệm này có vẻ tuyệt vời, nhưng tất cả những điều tốt đều đi kèm với một nhược điểm cố hữu và về mặt tác dụng này, chúng cũng là một điều khiến nó tương đối kém hiệu quả.

Nhu cầu chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa hai mặt của nó trở thành phần khó khăn nhất của hệ thống, bởi vì việc làm nóng một bên cũng có nghĩa là bên kia cũng nóng lên, điều này cuối cùng dẫn đến không có điện và thiết bị TEG bị hỏng.

Để đảm bảo đáp ứng tối ưu và để bắt đầu dòng electron, một vật liệu bán dẫn bên trong TEG cần phải nóng và đồng thời vật liệu bán dẫn khác cần được giữ tránh xa nhiệt này bằng cách đảm bảo làm mát thích hợp từ phía bộ đếm. Sự nghiêm trọng này làm cho khái niệm hơi vụng về và không hiệu quả.

Tuy nhiên, khái niệm TEG là một thứ độc quyền và không khả thi khi sử dụng bất kỳ hệ thống nào khác cho đến nay, và tính độc đáo của khái niệm này khiến nó trở nên thú vị và đáng để thử nghiệm.

Mạch TEG sử dụng điốt chỉnh lưu

Tôi đã cố gắng thiết kế mạch TEG sử dụng điốt thông thường, mặc dù tôi không chắc liệu nó có hoạt động hay không, tôi hy vọng một số kết quả tích cực có thể đạt được từ thiết lập này và nó có phạm vi để cải thiện.

Đề cập đến các hình chúng ta có thể chứng kiến ​​một cụm diode đơn giản được kẹp bằng các nút liên kết. Các điốt là điốt loại 6A4, tôi đã chọn những điốt lớn hơn này để có được diện tích bề mặt lớn hơn và tốc độ dẫn điện tốt hơn.

Diode 6A4

Mạch máy phát nhiệt điện đơn giản được thiết lập ở trên có thể được sử dụng để tạo ra điện từ nhiệt thải, bằng cách áp dụng thích hợp các mức độ chênh lệch nhiệt cần thiết trên các tấm dẫn nhiệt được chỉ định.

Hình bên phải cho thấy nhiều điốt được kết nối trong các kết nối song song nối tiếp để đạt được hiệu suất cao hơn và tích lũy chênh lệch tiềm năng cao hơn tương ứng ở đầu ra.

Tại sao sử dụng Diode để tạo TEG

Tôi đã giả định rằng điốt sẽ hoạt động cho ứng dụng này vì điốt là đơn vị bán dẫn cơ bản bao gồm vật liệu p-n pha tạp được nhúng trong hai đầu cuối của chúng .

Điều này cũng ngụ ý rằng hai đầu được cấu tạo đặc biệt từ các vật liệu đa dạng tạo điều kiện cho việc áp dụng nhiệt độ tách biệt với hai đầu đối diện dễ dàng hơn.

Nhiều mô-đun như vậy có thể được xây dựng và kết nối theo chuỗi kết hợp song song để đạt được tỷ lệ chuyển đổi cao hơn và ứng dụng này cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt mặt trời. Mặt cần được làm mát có thể đạt được thông qua làm mát bằng không khí hoặc thông qua làm mát không khí bay hơi từ không khí để tăng tỷ lệ hiệu quả.