Apa itu Penjana Thermoelektrik: Bekerja & Kegunaannya

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Pada tahun 1821, seorang saintis terkenal bernama Johann Seebeck menghidupkan semula konsep gradien termal yang dikembangkan di antara dua pelbagai konduktor dan ini dapat menjana elektrik. Berkaitan dengan kesan termoelektrik, ada konsep yang disebut sebagai kecerunan suhu pada bahan pengalir yang menghasilkan haba dan hasil ini dalam penyebaran pembawa cas. Aliran haba ini berada di antara bahan panas dan sejuk yang berkembang voltan beza. Oleh itu, senario ini telah menemui termoelektrik peranti penjana , dan hari ini, artikel kami adalah mengenai fungsi, kelebihan, batasan, dan konsep yang berkaitan.

Apakah Penjana Termoelektrik?

Thermoelectric adalah nama yang merupakan gabungan perkataan elektrik dan termo. Jadi namanya menandakan bahawa haba sepadan dengan tenaga haba dan elektrik sepadan dengan tenaga elektrik. Dan penjana termoelektrik adalah peranti yang dilaksanakan dalam penukaran perbezaan suhu yang dihasilkan antara kedua-dua bahagian menjadi bentuk tenaga elektrik . Ini adalah asas definisi penjana termoelektrik .




Peranti ini bergantung pada kesan termoelektrik yang melibatkan antara muka yang berlaku antara aliran haba dan elektrik melalui komponen pepejal.

Pembinaan

Penjana termoelektrik adalah peranti yang merupakan komponen haba keadaan pepejal yang dibina daripada dua persimpangan penting iaitu jenis-p dan jenis-n. Persimpangan jenis-P mempunyai kepekatan peningkatan cas + ve dan persimpangan jenis-n mempunyai kepekatan peningkatan unsur-unsur bermuatan-ve.



Komponen jenis-p didoping dalam keadaan mempunyai pembawa atau lubang bermuatan lebih positif sehingga memberikan pekali Seebeck positif. Dengan cara yang serupa, komponen jenis-n didoping untuk mempunyai pembawa bermuatan lebih negatif sehingga memberikan pekali Seeback jenis negatif.

Penjana termoelektrik berfungsi

Penjana termoelektrik berfungsi

Dengan berlalunya sambungan elektrik antara dua persimpangan, setiap pembawa bermuatan positif bergerak ke persimpangan n, dan pembawa bermuatan negatif juga bergerak ke persimpangan p. Di dalam pembinaan penjana termoelektrik , elemen yang paling banyak dilaksanakan adalah plumbum.


Ia adalah komponen yang terbuat dari Tellurium dan Lead yang mempunyai jumlah sodium atau bismut dalam jumlah minimum. Di samping itu, elemen lain yang digunakan dalam pembinaan peranti ini adalah bismut sulfida, tin Telluride, bismuth Telluride, indium arsenide, germanium Telluride, dan banyak lagi. Dengan bahan-bahan ini, reka bentuk penjana termoelektrik Boleh dilakukan.

Prinsip Kerja Penjana Termoelektrik

The penjana termoelektrik berfungsi bergantung pada kesan Seeback. Dalam kesan ini, gelung yang terbentuk di antara kedua-dua pelbagai logam menghasilkan emf apabila persimpangan logam dikekalkan pada pelbagai tahap suhu. Kerana senario ini, ini juga disebut sebagai penjana kuasa Seeback. The gambarajah blok penjana termoelektrik ditunjukkan sebagai:

Gambarajah blok

Gambarajah blok

Penjana termoelektrik umumnya disertakan dengan sumber haba yang dikekalkan pada suhu tinggi dan haba juga disertakan. Di sini, suhu pendingin mestilah kurang daripada sumber haba. Perubahan nilai suhu untuk sumber haba dan pendingin membolehkan arus mengalir di bahagian beban.

Dalam transformasi tenaga seperti ini, tidak ada penukaran tenaga peralihan yang tidak serupa dengan jenis penukaran tenaga yang lain. Oleh kerana itu, ia disebut sebagai transformasi tenaga langsung. Kuasa yang dihasilkan kerana kesan Seeback ini adalah jenis DC fasa tunggal dan ditunjukkan sebagai IduaRLdi mana RL sepadan dengan nilai rintangan pada beban.

Nilai voltan dan kuasa output dapat ditingkatkan dengan dua cara. Salah satunya adalah dengan meningkatkan variasi suhu yang naik di antara tepi panas dan sejuk dan yang lain adalah untuk membuat sambungan siri dengan penjana kuasa termoelektrik.

Voltan peranti TEG ini diberikan oleh V = αΔ T,

Di mana ‘α’ sepadan dengan pekali Seeback dan ‘Δ’ adalah variasi suhu di antara dua persimpangan. Dengan ini, aliran semasa diberikan oleh

I = (V / R + RL)

Dari ini, persamaan voltan adalah

V = αΔT / R + RL

Dari ini, aliran daya melintasi bahagian beban adalah

P pada beban = (αΔT / R + RL)dua(RL)

Kedudukan kuasa lebih banyak apabila R mencapai RL, kemudian

Pmax = (αΔT)dua/ (4R)

Akan ada aliran arus sampai saat ada bekalan panas ke tepi panas dan penyingkiran panas dari tepi sejuk. Dan arus yang dikembangkan adalah dalam bentuk DC dan dapat diubah menjadi jenis AC melalui penyongsang . Nilai voltan dapat ditingkatkan melalui pelaksanaan transformer.

Penukaran tenaga seperti ini juga boleh diterbalikkan di mana jalan aliran tenaga dapat diubah kembali. Apabila daya dan beban DC dikeluarkan dari tepi, maka haba dapat ditarik dari penjana termoelektrik. Jadi, ini adalah teori penjana termoelektrik di belakang bekerja.

Persamaan Kecekapan Penjana Thermoelektrik

Kecekapan peranti ini ditunjukkan sebagai bahagian kuasa yang dihasilkan pada perintang pada bahagian beban hingga aliran panas melintasi perintang beban. Nisbah ini dinyatakan sebagai

Kecekapan = (Daya yang dihasilkan pada RL) / (Aliran haba ‘Q’)

= (SayaduaRL) / Q

Kecekapan = (αΔT / R + RL)dua(RL) / Q

Ini adalah bagaimana kecekapan penjana termoelektrik dapat dikira.

Jenis Penjana Termoelektrik

Berdasarkan ukuran peranti TEG, jenis sumber haba dan sumber untuk pendingin, keupayaan kuasa dan tujuan aplikasi, TEG terutama diklasifikasikan sebagai tiga jenis dan mereka adalah:

  • Penjana bahan api fosil
  • Penjana bahan api nuklear
  • Suria penjana sumber

Penjana Bahan Api Fosil

Penjana jenis ini dirancang untuk memanfaatkan minyak tanah, gas asli, butana, kayu, propana, dan bahan bakar jet sebagai sumber haba. Untuk aplikasi komersial, kuasa output berkisar antara 10-100 watt. Penjana termoelektrik jenis ini digunakan di lokasi terpencil seperti dalam bantuan navigasi, pengumpulan maklumat, dalam rangkaian komunikasi dan keselamatan katodik sehingga mengelakkan elektrolisis memusnahkan paip logam dan sistem laut.

Penjana Bahan Api Nuklear

Komponen-komponen isotop radioaktif yang terurai dapat digunakan untuk menawarkan sumber haba suhu yang meningkat untuk peranti TEG. Oleh kerana alat ini sesuai untuk pelepasan nuklear dan elemen sumber panas dapat digunakan untuk jangka waktu yang lama, penjana termoelektrik bahan bakar nuklear ini digunakan dalam aplikasi jarak jauh.

Penjana Sumber Suria

Penjana termoelektrik suria telah digunakan dengan beberapa pencapaian untuk menyediakan pam pengairan ukuran minimum di lokasi terpencil dan kawasan yang kurang maju. Penjana termoelektrik suria dibina untuk membekalkan tenaga elektrik untuk kapal angkasa yang mengorbit.

Kelebihan dan Kekurangan Penjana Termoelektrik

The kelebihan penjana termoelektrik adalah:

  • Oleh kerana semua komponen yang digunakan dalam peranti TEG ini berada dalam keadaan pepejal, mereka mempunyai kebolehpercayaan yang lebih baik
  • Julat sumber bahan api yang melampau
  • Peranti TEG dibina untuk memberikan daya antara minimum mW dan lebih besar daripada KW yang bermaksud ia mempunyai skala yang besar
  • Ini adalah alat transformasi tenaga langsung
  • Dikendalikan secara senyap
  • Saiz minimum
  • Ini boleh berfungsi walaupun pada daya tarikan graviti yang melampau dan sifar

The kelemahan penjana termoelektrik adalah:

  • Ini agak mahal jika dibandingkan dengan penjana jenis lain
  • Ini mempunyai kecekapan minimum
  • Sifat termal minimum
  • Peranti ini memerlukan ketahanan output yang lebih banyak

Aplikasi Penjana Termoelektrik

  • Untuk meningkatkan prestasi bahan bakar kereta, kebanyakan peranti TEG digunakan. Penjana ini menggunakan haba yang dihasilkan pada masa operasi kenderaan
  • Penjanaan Tenaga Seebeck digunakan untuk memberikan tenaga untuk kapal angkasa.
  • Penjana termoelektrik yang diimplementasikan memberikan kuasa untuk stesen terpencil seperti sistem cuaca, rangkaian geganti, dan lain-lain

Jadi, ini adalah mengenai konsep terperinci penjana termoelektrik. Secara keseluruhan, kerana generator mempunyai keunggulan besar, mereka digunakan secara meluas dalam banyak aplikasi di banyak domain. Terlepas dari konsep yang berkaitan, konsep lain yang dapat diketahui dengan jelas di sini adalah apa yang ada