Pada tahun 1821, seorang ilmuwan terkenal bernama Johann Seebeck menghidupkan kembali konsep thermal gradient yang dikembangkan di antara dua macam konduktor dan ini dapat menghasilkan listrik. Dalam kaitannya dengan efek termoelektrik, ada konsep yang disebut gradien suhu pada zat penghantar yang menghasilkan panas dan ini diakibatkan oleh difusi pembawa muatan. Aliran panas ini berkembang di antara zat panas dan zat dingin tegangan perbedaan. Jadi, skenario ini telah menemukan perangkat termoelektrik generator , dan hari ini, artikel kami membahas tentang cara kerja, kelebihan, batasan, dan konsep terkaitnya.

Apa itu Generator Termoelektrik?

Termoelektrik adalah nama yang merupakan gabungan dari kata listrik dan termo. Jadi namanya menandakan bahwa panas sama dengan energi panas dan listrik sama dengan energi listrik. Dan generator termoelektrik adalah perangkat yang diimplementasikan dalam konversi perbedaan suhu yang dihasilkan antara dua bagian menjadi bentuk energi listrik . Ini dasarnya definisi generator termoelektrik .

Perangkat ini bergantung pada efek termoelektrik yang melibatkan antarmuka yang terjadi antara aliran panas dan listrik melalui komponen padat.

Konstruksi

Generator termoelektrik adalah perangkat yang merupakan komponen panas solid-state yang dibangun dari dua persimpangan penting yaitu tipe-p dan tipe-n. Persimpangan tipe-P memiliki peningkatan konsentrasi muatan + ve dan persimpangan tipe-n memiliki peningkatan konsentrasi elemen bermuatan -ve.

Komponen tipe-p didoping dalam kondisi untuk memiliki pembawa muatan yang lebih positif atau lubang sehingga memberikan koefisien Seebeck positif. Dengan cara yang sama, komponen tipe-n didoping untuk memiliki pembawa bermuatan lebih negatif sehingga memberikan tipe koefisien Seeback negatif.

Generator Termoelektrik Bekerja

Dengan lewatnya koneksi listrik antara dua persimpangan, setiap pembawa bermuatan positif bergerak ke persimpangan-n, dan pembawa bermuatan negatif yang serupa bergerak ke persimpangan-p. Dalam konstruksi generator termoelektrik , elemen yang paling banyak diterapkan adalah lead telluride.

Ini adalah komponen yang terbuat dari telurium dan timbal yang memiliki jumlah minimal natrium atau bismut. Selain itu, elemen lain yang digunakan dalam konstruksi perangkat ini adalah bismut sulfida, timah telurida, telurida bismut, indium arsenida, germanium telurida, dan banyak lainnya. Dengan bahan-bahan ini, desain generator termoelektrik dapat dilakukan.

Prinsip Kerja Generator Termoelektrik

Itu generator termoelektrik bekerja tergantung pada efek Seeback. Dalam efek ini, loop yang terbentuk di antara dua logam yang berbeda menghasilkan ggl ketika sambungan logam dipertahankan pada berbagai tingkat suhu. Karena skenario ini, ini juga disebut sebagai pembangkit listrik Seeback. Itu diagram blok generator termoelektrik ditampilkan sebagai:

Diagram Blok

Generator termoelektrik biasanya disertakan dengan sumber panas yang dipertahankan pada nilai suhu tinggi dan heat sink juga disertakan. Di sini, suhu unit pendingin harus lebih rendah dari suhu sumber panas. Perubahan nilai suhu untuk sumber panas dan heat sink memungkinkan arus mengalir melintasi bagian beban.

Dalam jenis transformasi energi ini, tidak ada konversi energi transisi yang berbeda dengan jenis konversi energi lainnya. Karena itu, ini disebut sebagai transformasi energi langsung. Daya yang dihasilkan karena efek Seeback ini adalah tipe DC fase tunggal dan direpresentasikan sebagai I^duaR_Ldimana RL sesuai dengan nilai resistansi pada beban.

Nilai tegangan dan daya keluaran dapat ditingkatkan dengan dua cara. Salah satunya dengan meningkatkan variasi suhu yang naik di antara tepi panas dan dingin dan yang lainnya adalah membentuk koneksi seri dengan pembangkit listrik termoelektrik.

Tegangan perangkat TEG ini diberikan oleh V = αΔ T,

Di mana 'α' sesuai dengan koefisien Seeback dan 'Δ' adalah variasi suhu di antara dua persimpangan. Dengan ini, aliran arus diberikan oleh

I = (V / R + R_L)

Dari sini, persamaan tegangannya adalah

V = αΔT / R + R_L

Dari sini, aliran daya melintasi bagian beban

P pada beban = (αΔT / R + R_L)^dua(R_L)

Peringkat daya lebih besar saat R mencapai R_L, kemudian

Pmax = (αΔT)^dua/ (4R)

Akan ada aliran arus sampai saat ada pasokan panas ke tepi panas dan pembuangan panas dari tepi dingin. Dan arus yang dikembangkan dalam bentuk DC dan dapat diubah menjadi tipe AC melalui inverter . Nilai tegangan dapat ditingkatkan melalui penerapan trafo.

Konversi energi semacam ini juga dapat dibalik dimana jalur aliran energi dapat diubah kembali. Ketika daya dan beban DC dihilangkan dari tepinya, panas dapat dengan mudah ditarik dari generator termoelektrik. Jadi, ini teori generator termoelektrik balik bekerja.

Persamaan Efisiensi Generator Termoelektrik

Efisiensi perangkat ini direpresentasikan sebagai proporsi daya yang dibangkitkan pada resistor pada bagian beban terhadap aliran panas yang melintasi resistor beban. Rasio ini direpresentasikan sebagai

Efisiensi = (Daya yang dibangkitkan pada RL) / (Aliran panas 'Q')

= (Saya^duaR_L) / Q

Efisiensi = (αΔT / R + R_L)^dua(R_L) / Q

Beginilah efisiensi generator termoelektrik dapat dihitung.

Jenis Generator Termoelektrik

Berdasarkan ukuran perangkat TEG, jenis sumber panas dan sumber heat sink, kemampuan daya, dan tujuan aplikasi, TEG diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu:

Generator bahan bakar fosil
Generator berbahan bakar nuklir
Tenaga surya generator sumber

Generator Bahan Bakar Fosil

Genset jenis ini dirancang dengan memanfaatkan minyak tanah, gas alam, butana, kayu, propana, dan bahan bakar jet sebagai sumber panasnya. Untuk aplikasi komersial, daya keluaran berkisar antara 10-100 watt. Jenis generator termoelektrik ini digunakan di lokasi terpencil seperti dalam bantuan navigasi, pengumpulan informasi, dalam jaringan komunikasi dan dalam keselamatan katodik sehingga menghindari elektrolisis dari menghancurkan pipa logam dan sistem kelautan.

Generator Berbahan Bakar Nuklir

Komponen yang terurai dari isotop radioaktif dapat digunakan untuk meningkatkan sumber panas suhu untuk perangkat TEG. Karena perangkat ini peka terhadap emisi nuklir dan elemen sumber panas dapat digunakan untuk waktu yang lama, generator termoelektrik berbahan bakar nuklir ini diterapkan dalam aplikasi jarak jauh.

Generator Sumber Tenaga Surya

Generator termoelektrik surya telah digunakan dengan sedikit pencapaian untuk menyediakan daya pompa irigasi ukuran minimal di lokasi terpencil dan daerah tertinggal. Generator termoelektrik surya dibangun untuk memasok tenaga listrik untuk pesawat ruang angkasa yang mengorbit.

Keuntungan dan Kerugian Generator Termoelektrik

Itu keuntungan dari generator termoelektrik adalah:

“dc ke 3 fase inverter ”

Karena semua komponen yang digunakan dalam perangkat TEG ini solid-state, keandalannya ditingkatkan
Kisaran ekstrim dari sumber bahan bakar
Perangkat TEG dibuat untuk memberikan daya yang berkisar tidak minimal hingga mW dan lebih besar dari KW yang berarti memiliki skalabilitas yang sangat besar
Ini adalah perangkat transformasi energi langsung
Dioperasikan secara diam-diam
Ukuran minimal
Ini dapat berfungsi bahkan pada rentang gaya gravitasi ekstrim dan nol

Itu kerugian dari generator termoelektrik adalah:

Ini agak mahal jika dibandingkan dengan jenis generator lainnya
Ini memiliki efisiensi minimal
Sifat termal minimal
Perangkat ini membutuhkan lebih banyak resistansi keluaran

Aplikasi Generator Termoelektrik

Untuk meningkatkan kinerja bahan bakar mobil, perangkat TEG banyak digunakan. Generator ini memanfaatkan panas yang dihasilkan pada saat kendaraan beroperasi
Seebeck Power Generation digunakan untuk menyediakan tenaga bagi pesawat ruang angkasa.
Generator termoelektrik yang diimplementasikan menyediakan daya untuk stasiun jarak jauh seperti sistem cuaca, jaringan relai, dan lain-lain

Jadi, ini semua tentang konsep rinci generator termoelektrik. Secara keseluruhan, karena generator sangat terkenal, generator digunakan secara luas di banyak aplikasi di banyak domain. Terlepas dari konsep terkait ini, konsep lain yang perlu diketahui dengan jelas di sini adalah apa adanya