Vào năm 1821, một nhà khoa học nổi tiếng tên là Johann Seebeck đã hồi sinh khái niệm gradient nhiệt được phát triển giữa hai chất dẫn điện khác nhau và nó có thể tạo ra điện. Liên quan đến hiệu ứng nhiệt điện, có một khái niệm được gọi là gradient nhiệt độ trong chất dẫn điện tạo ra nhiệt và kết quả này là sự khuếch tán của chất mang điện tích. Dòng nhiệt này ở giữa các chất nóng và mát đã phát triển Vôn Sự khác biệt. Vì vậy, kịch bản này đã phát hiện ra thiết bị nhiệt điện máy phát điện và hôm nay, bài viết của chúng tôi là về hoạt động, ưu điểm, hạn chế và các khái niệm liên quan.

Máy phát nhiệt điện là gì?

Nhiệt điện là tên gọi kết hợp của từ điện và nhiệt điện. Vì vậy, tên biểu thị rằng nhiệt tương ứng với nhiệt năng và điện tương ứng với năng lượng điện. Và máy phát nhiệt điện là thiết bị được thực hiện trong việc chuyển đổi sự chênh lệch nhiệt độ được tạo ra giữa hai phần thành dạng năng lượng điện . Đây là điều cơ bản định nghĩa máy phát nhiệt điện .

Các thiết bị này phụ thuộc vào các hiệu ứng nhiệt điện liên quan đến giao diện xảy ra giữa dòng nhiệt và dòng điện qua các thành phần rắn.

Xây dựng

Máy phát nhiệt điện là thiết bị là các bộ phận nhiệt ở trạng thái rắn được cấu tạo bởi hai mối nối thiết yếu là loại p và loại n. Tiếp giáp loại P có nồng độ điện tích + tăng và tiếp giáp loại n có nồng độ nguyên tố mang điện -ve tăng.

Các thành phần loại p được pha tạp trong điều kiện có nhiều lỗ hoặc hạt mang điện tích dương hơn, do đó cung cấp hệ số Seebeck dương. Theo cách tương tự, các thành phần loại n được pha tạp để có nhiều hạt mang điện âm hơn, do đó cung cấp hệ số Seeback loại âm.

Máy phát nhiệt điện hoạt động

Với sự thông qua của liên kết điện giữa hai điểm nối, mọi hạt mang điện tích dương di chuyển đến điểm tiếp giáp n, và hạt mang điện tích âm tương tự di chuyển đến điểm tiếp giáp p. bên trong cấu tạo máy phát nhiệt điện , phần tử được triển khai nhiều nhất là chì Telluride.

Nó là thành phần được cấu tạo từ Tellurium và chì có lượng natri hoặc bitmut tối thiểu. Ngoài ra, các nguyên tố khác được sử dụng trong cấu tạo thiết bị này là bismuth sulphide, thiếc Telluride, bismuth telluride, indium arsenide, germanium telluride, và nhiều loại khác. Với những vật liệu này, thiết kế máy phát nhiệt điện có thể được thực hiện.

Nguyên lý làm việc của máy phát nhiệt điện

Các máy phát nhiệt điện hoạt động phụ thuộc vào hiệu ứng Seeback. Trong hiệu ứng này, một vòng lặp được hình thành giữa hai kim loại khác nhau tạo ra một emf khi các mối nối kim loại được duy trì ở các mức nhiệt độ khác nhau. Vì kịch bản này, chúng còn được gọi là máy phát điện Seeback. Các sơ đồ khối máy phát nhiệt điện được hiển thị như sau:

Sơ đồ khối

Một máy phát nhiệt điện thường bao gồm một nguồn nhiệt được duy trì ở các giá trị nhiệt độ cao và một bộ tản nhiệt cũng được bao gồm. Ở đây, nhiệt độ tản nhiệt phải nhỏ hơn nhiệt độ của nguồn nhiệt. Sự thay đổi các giá trị nhiệt độ đối với nguồn nhiệt và tản nhiệt cho phép dòng điện chạy qua phần tải.

Trong loại chuyển đổi năng lượng này, không tồn tại sự chuyển đổi năng lượng chuyển tiếp nào khác với các loại chuyển đổi năng lượng khác. Vì điều này, nó được gọi là chuyển hóa năng lượng trực tiếp. Công suất được tạo ra do hiệu ứng Seeback này thuộc loại DC một pha và được biểu diễn là I^haiR_Ltrong đó RL tương ứng với giá trị điện trở khi tải.

Giá trị điện áp đầu ra và công suất có thể được tăng lên theo hai cách. Một là bằng cách tăng sự biến thiên nhiệt độ tăng lên giữa các cạnh nóng và lạnh và hai là tạo thành một kết nối nối tiếp với các máy phát điện nhiệt điện.

Điện áp của thiết bị TEG này được cho bởi V = αΔ T,

Trong đó ‘α’ tương ứng với hệ số Seeback và ‘Δ’ là biến thiên nhiệt độ giữa hai điểm nối. Với điều này, dòng hiện tại được cho bởi

I = (V / R + R_L)

Từ đó, phương trình điện áp là

V = αΔT / R + R_L

Từ đó, dòng điện trên phần tải là

P tại tải = (αΔT / R + R_L)^hai(R_L)

Đánh giá công suất nhiều hơn khi R đạt đến R_L, sau đó

Pmax = (αΔT)^hai/ (4R)

Sẽ có dòng điện chạy đến thời điểm có nhiệt cung cấp cho mép nóng và loại bỏ nhiệt ra khỏi mép lạnh. Và dòng điện được phát triển ở dạng DC và nó có thể được chuyển đổi thành dạng AC thông qua biến tần . Các giá trị điện áp có thể được tăng thêm thông qua việc thực hiện các máy biến áp.

Loại chuyển đổi năng lượng này cũng có thể được đảo ngược khi đường dẫn dòng năng lượng có thể được thay đổi trở lại. Khi cả nguồn DC và tải đều được loại bỏ khỏi các cạnh, thì nhiệt có thể được rút ra khỏi máy phát nhiệt điện một cách đơn giản. Vì vậy, đây là lý thuyết máy phát nhiệt điện đằng sau làm việc.

Phương trình hiệu suất máy phát nhiệt điện

Hiệu suất của thiết bị này được biểu thị bằng tỷ lệ giữa công suất được tạo ra tại điện trở ở phần tải và dòng nhiệt trên điện trở tải. Tỷ lệ này được biểu thị là

Hiệu quả = (Công suất tạo ra ở RL) / (Dòng nhiệt ‘Q’)

= (Tôi^haiR_L) / Q

Hiệu quả = (αΔT / R + R_L)^hai(R_L) / Q

Đây là cách tính hiệu suất của máy phát nhiệt điện.

Các loại máy phát nhiệt điện

Dựa trên kích thước thiết bị TEG, loại nguồn nhiệt và nguồn tản nhiệt, khả năng sử dụng điện và mục đích ứng dụng, TEG chủ yếu được phân loại thành ba loại và đó là:

Máy phát điện nhiên liệu hóa thạch
Máy phát điện chạy bằng nhiên liệu hạt nhân
Hệ mặt trời máy phát nguồn

Máy phát điện nhiên liệu hóa thạch

Loại máy phát điện này được thiết kế để sử dụng dầu hỏa, khí đốt tự nhiên, butan, gỗ, propan và nhiên liệu máy bay làm nguồn nhiệt. Đối với các ứng dụng thương mại, công suất đầu ra dao động từ 10-100 watt. Các loại máy phát nhiệt điện này được sử dụng ở các vị trí xa xôi như hỗ trợ điều hướng, thu thập thông tin, trong mạng liên lạc và an toàn catốt, do đó tránh được sự điện phân phá hủy các đường ống kim loại và hệ thống hàng hải.

Máy phát điện sử dụng nhiên liệu hạt nhân

Các thành phần đã phân hủy của đồng vị phóng xạ có thể được sử dụng để cung cấp nguồn nhiệt tăng nhiệt độ cho các thiết bị TEG. Vì các thiết bị này tương ứng với sự phát xạ hạt nhân và phần tử nguồn nhiệt có thể được sử dụng trong thời gian dài, các máy phát nhiệt điện chạy bằng nhiên liệu hạt nhân này được ứng dụng trong các ứng dụng từ xa.

Máy phát điện nguồn năng lượng mặt trời

Máy phát nhiệt điện mặt trời đã được sử dụng với ít thành tựu để cung cấp năng lượng cho các máy bơm tưới tiêu có kích thước tối thiểu ở các vùng sâu vùng xa và các vùng kém phát triển. Máy phát nhiệt điện mặt trời được cấu tạo để cung cấp năng lượng điện cho tàu vũ trụ quay quanh quỹ đạo.

Ưu điểm và nhược điểm của máy phát nhiệt điện

Các ưu điểm của máy phát nhiệt điện Chúng tôi:

“bộ lọc op amp thấp qua ”

Vì tất cả các thành phần được sử dụng trong thiết bị TEG này đều ở trạng thái rắn, chúng có độ tin cậy cao hơn
Các nguồn nhiên liệu đa dạng
Các thiết bị TEG được chế tạo để cung cấp công suất không nhỏ hơn mW và lớn hơn KW, có nghĩa là chúng có khả năng mở rộng rất lớn
Đây là những thiết bị biến đổi năng lượng trực tiếp
Hoạt động âm thầm
Kích thước tối thiểu
Chúng có thể hoạt động ngay cả ở phạm vi cực hạn và bằng không của lực hấp dẫn

Các nhược điểm của máy phát nhiệt điện Chúng tôi:

Đây là một chút đắt tiền khi so sánh với các loại máy phát điện khác
Chúng có hiệu quả tối thiểu
Đặc tính nhiệt tối thiểu
Các thiết bị này cần nhiều điện trở đầu ra hơn

Ứng dụng máy phát nhiệt điện

Để nâng cao hiệu suất nhiên liệu của ô tô, thiết bị TEG chủ yếu được sử dụng. Các máy phát điện này sử dụng nhiệt được tạo ra khi xe vận hành
Seebeck Power Generation được sử dụng để cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ.
Máy phát nhiệt điện được thực hiện để cung cấp năng lượng cho các trạm ở xa như hệ thống thời tiết, mạng chuyển tiếp, và những thứ khác

Vì vậy, đây là tất cả về khái niệm chi tiết của máy phát nhiệt điện. Nhìn chung, vì máy phát điện có sự nổi bật rất lớn nên chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng trên nhiều lĩnh vực. Ngoài các khái niệm liên quan này, khái niệm khác cần được biết rõ ràng ở đây là