En 1821, un scientifique célèbre nommé Johann Seebeck a relancé le concept de gradient thermique qui se développe entre deux conducteurs différents et qui peut générer de l'électricité. En ce qui concerne l’effet thermoélectrique, il existe un concept appelé gradient de température dans la substance conductrice qui produit de la chaleur et ce résultat dans la diffusion du porteur de charge. Ce flux de chaleur entre les substances chaudes et froides s'est développé Tension différence. Donc, ce scénario a découvert le dispositif thermoélectrique Générateur , et aujourd'hui, notre article porte sur son fonctionnement, ses avantages, ses limites et les concepts associés.

Qu'est-ce que le générateur thermoélectrique?

Thermoélectrique est le nom qui est la combinaison des mots électrique et thermo. Le nom signifie donc que le thermique correspond à l'énergie thermique et que l'électricité correspond à l'énergie électrique. Et les générateurs thermoélectriques sont les dispositifs qui sont mis en œuvre dans la conversion de la différence de température qui est générée entre les deux sections dans le forme d'énergie électrique . C'est la base définition du générateur thermoélectrique .

Ces dispositifs dépendent des effets thermoélectriques qui impliquent une interface qui se produit entre le flux de chaleur et l'électricité à travers des composants solides.

Construction

Les générateurs thermoélectriques sont des dispositifs qui sont des composants thermiques à l'état solide constitués de deux jonctions essentielles qui sont de type p et de type n. La jonction de type P a une concentration accrue de charge + ve et la jonction de type n a une concentration accrue d'éléments chargés -ve.

Les composants de type p sont dopés dans la condition d'avoir plus de porteurs ou de trous chargés positivement, fournissant ainsi un coefficient Seebeck positif. D'une manière similaire, les composants de type n sont dopés pour avoir plus de porteurs chargés négatifs, fournissant ainsi un type négatif de coefficient Seeback.

Générateur thermoélectrique fonctionnant

Avec le passage de la connexion électrique entre les deux jonctions, chaque porteur chargé positivement se déplace vers la n-jonction, et de même le porteur chargé négativement se déplace vers la p-jonction. Dans le construction de générateurs thermoélectriques , l'élément le plus implémenté est le tellurure de plomb.

C'est le composant qui est constitué de tellure et de plomb qui contiennent des quantités minimales de sodium ou de bismuth. En plus de cela, les autres éléments qui sont utilisés dans cette construction de dispositif sont le sulfure de bismuth, le tellurure d'étain, le tellurure de bismuth, l'arséniure d'indium, le tellurure de germanium et bien d'autres. Avec ces matériaux, conception de générateur thermoélectrique peut être fait.

Principe de fonctionnement du générateur thermoélectrique

Le générateur thermoélectrique fonctionnant dépend de l'effet Seeback. Dans cet effet, une boucle qui est formée entre les deux différents métaux génère une force électromotrice lorsque les jonctions métalliques sont maintenues à divers niveaux de température. En raison de ce scénario, ils sont également appelés générateurs de puissance Seeback. Le schéma de principe du générateur thermoélectrique s'affiche comme suit:

Diagramme

Un générateur thermoélectrique est généralement inclus avec une source de chaleur qui est maintenue à des valeurs élevées de température et un dissipateur thermique est également inclus. Ici, la température du dissipateur thermique doit être inférieure à celle de la source de chaleur. Le changement des valeurs de température de la source de chaleur et du dissipateur de chaleur permet au courant de circuler dans la section de charge.

Dans ce type de transformation d'énergie, il n'existe pas de conversion d'énergie de transition différente des autres types de conversion d'énergie. Comme à cause de cela, il est appelé transformation d'énergie directe. La puissance générée à cause de cet effet Seeback est de type DC monophasé et est représentée par I^deuxR_Loù RL correspond à la valeur de résistance à la charge.

La tension de sortie et les valeurs de puissance peuvent être augmentées de deux manières. L'une consiste à augmenter la variation de température qui augmente entre les bords chauds et froids et l'autre consiste à former une connexion en série avec des générateurs d'énergie thermoélectrique.

La tension de ce dispositif TEG est donnée par V = αΔ T,

Où «α» correspond au coefficient Seeback et «Δ» est la variation de température entre les deux jonctions. Avec cela, le flux de courant est donné par

I = (V / R + R_L)

À partir de là, l'équation de tension est

V = αΔT / R + R_L

À partir de là, le flux de puissance à travers la section de charge est

P en charge = (αΔT / R + R_L)^deux(R_L)

La puissance nominale est plus élevée lorsque R atteint R_L, alors

Pmax = (αΔT)^deux/ (4R)

Il y aura un flux de courant jusqu'au moment où il y aura un apport de chaleur au bord chaud et une évacuation de la chaleur du bord froid. Et le courant développé est sous forme CC et il peut être transformé en type CA via onduleurs . Les valeurs de tension peuvent être davantage augmentées grâce à la mise en œuvre de transformateurs.

Ce type de conversion d'énergie peut également être réversible lorsque le chemin du flux d'énergie peut être modifié. Lorsque la puissance CC et la charge sont retirées des bords, la chaleur peut être simplement retirée des générateurs thermoélectriques. Donc, c'est le théorie des générateurs thermoélectriques derrière le travail.

Équation d'efficacité du générateur thermoélectrique

L'efficacité de ce dispositif est représentée par la proportion de la puissance générée au niveau de la résistance à la section de charge par rapport au flux de chaleur à travers la résistance de charge. Ce rapport est représenté par

Efficacité = (Puissance produite à RL) / (Flux de chaleur «Q»)

= (Je^deuxR_L) / Q

Efficacité = (αΔT / R + R_L)^deux(R_L) / Q

C'est ainsi que le rendement du générateur thermoélectrique peut être calculé.

Types de générateurs thermoélectriques

Sur la base de la taille du dispositif TEG, du type de source de chaleur et de la source de dissipateur thermique, de la capacité d'alimentation et du but de l'application, les TEG sont principalement classés en trois types:

Générateurs de combustibles fossiles
Générateurs à combustible nucléaire
Solaire générateurs de source

Générateurs de combustibles fossiles

Ce type de générateur est conçu pour utiliser du kérosène, du gaz naturel, du butane, du bois, du propane et des carburants à réaction comme sources de chaleur. Pour les applications commerciales, la puissance de sortie varie de 10 à 100 watts. Ces types de générateurs thermoélectriques sont employés dans des endroits éloignés comme dans les aides à la navigation, la collecte d'informations, dans les réseaux de communication et dans la sécurité cathodique évite ainsi l'électrolyse de détruire les tuyaux métalliques et les systèmes marins.

Générateurs à combustible nucléaire

Les composants décomposés des isotopes radioactifs pourraient être utilisés pour offrir une source de chaleur à température accrue pour les dispositifs TEG. Comme ces dispositifs sont sensibles aux émissions nucléaires et que l'élément de source de chaleur peut être utilisé pendant une longue période, ces générateurs thermoélectriques à combustible nucléaire sont appliqués dans des applications à distance.

Générateurs de sources solaires

Les générateurs thermoélectriques solaires ont été utilisés avec peu de réalisations pour fournir une puissance minimale de pompes d'irrigation dans des endroits éloignés et des zones sous-développées. Les générateurs thermoélectriques solaires sont construits pour fournir de l'énergie électrique aux engins spatiaux en orbite.

Avantages et inconvénients des générateurs thermoélectriques

Le avantages du générateur thermoélectrique sommes:

“qu'est-ce que la résistivité en physique ”

Comme tous les composants utilisés dans cet appareil TEG sont à semi-conducteurs, ils ont une fiabilité améliorée
La gamme extrême de sources de carburant
Les appareils TEG sont construits pour fournir une puissance allant non minimale à celle de mW et supérieure à KW, ce qui signifie qu'ils ont une énorme évolutivité
Ce sont des dispositifs de transformation directe d'énergie
Fonctionnement silencieux
Taille minimale
Ceux-ci peuvent fonctionner même à des plages extrêmes et nulles de forces gravitationnelles

Le inconvénients du générateur thermoélectrique sommes:

Ceux-ci sont un peu chers par rapport aux autres types de générateurs
Ceux-ci ont une efficacité minimale
Propriétés thermiques minimales
Ces appareils ont besoin de plus de résistance de sortie

Applications de générateur thermoélectrique

Pour améliorer les performances de carburant des voitures, le dispositif TEG est principalement utilisé. Ces générateurs utilisent la chaleur générée au moment du fonctionnement du véhicule
Seebeck Power Generation est utilisé pour alimenter le vaisseau spatial.
Les générateurs thermoélectriques à mettre en œuvre fournissent de l'énergie aux stations distantes telles que les systèmes météorologiques, les réseaux de relais et autres

Il s'agit donc du concept détaillé des générateurs thermoélectriques. Dans l'ensemble, comme les générateurs ont une importance considérable, ils sont largement utilisés dans de nombreuses applications dans de nombreux domaines. En dehors de ces concepts connexes, l'autre concept à connaître clairement ici est ce qui est