El término termoeléctrico es una combinación de dos palabras: térmica y eléctrica, y como su nombre lo indica, la energía térmica significa energía de calor y la eléctrica significa energía eléctrica. Los generadores de energía termoeléctrica son los dispositivos que se utilizan para convertir la diferencia de temperatura entre dos cruces en energía eléctrica. El funcionamiento de un generador termoeléctrico se basa en El efecto Seebeck. Según el cual, un bucle de dos metales diferentes desarrolla una EMF cuando las dos uniones se mantienen a diferente temperatura. Es por eso que también se conoce como La generación de energía de Seebeck. Un generador termoeléctrico consiste básicamente en una fuente de calor que se mantiene a alta temperatura y un disipador de calor que se mantiene a una temperatura inferior a la de la fuente de calor. La diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el disipador de calor causa directamente actual para que fluya a través de la carga. En este tipo de conversión de energía no hay una conversión de energía intermedia como en el caso de la mayor parte de la conversión, por lo que también se llama conversión de energía directa.
La energía generada por la generación de energía de Seebeck es monofásica DC y dada por I2RL o VI donde RL es la carga resistencia. La salida voltaje y la potencia de salida se incrementan, ya sea aumentando la diferencia de temperatura entre los extremos calientes y fríos o conectando varios generadores de energía termoeléctrica en serie. La corriente seguirá fluyendo mientras se suministre calor a la unión caliente y se retire de la unión fría.
Este actual producida por la generación de energía termoeléctrica o de Seebeck es DC en la naturaleza y puede ser convertida en AC usando inversores y su nivel de voltaje puede ser incrementado usando transformadores. La conversión de energía a través de la termoeléctrica o La generación de energía de Seebeck es un proceso reversible, es decir, la dirección del flujo de energía puede ser invertida. Si quitamos la carga y suministramos energía de CC a través de los terminales donde la carga fue conectada, el calor puede ser fácilmente extraído de la generador de energía termoeléctrica.
Análisis del rendimiento del generador de energía termoeléctrica
Considere un generador de energía termoeléctrica que tiene una fuente de calor en un extremo y un disipador de calor en el otro extremo. La fuente de calor se mantiene a alta temperatura en comparación con el disipador de calor.
Dejemos que la diferencia de temperatura entre dos uniones sea T. Los lados del dispositivo generador están aislados, así que el calor fluye sólo a lo largo de la longitud. El calor aplicado a la unión caliente hace que los electrones en el bloque de tipo n y los agujeros en el bloque de tipo p fluyan lejos de la unión de calor y por lo tanto produciendo un diferencia de potencial eléctrico. El circuito se completa conectando una carga resistencia, RL. El actual comenzará a fluir a través de esta resistencia de carga, RL.
El voltaje de este generador viene dado por V = T. Donde, es El coeficiente de Seebeck y T es la diferencia de temperatura entre la unión caliente y la fría.
Dejemos que R sea la resistencia interna de la generador de energía termoeléctrica entonces la corriente que fluye a través de la resistencia externa RL está dada por
Sustituyendo el valor del voltaje en la ecuación anterior obtenemos la corriente,
Sabemos que el flujo de energía a la carga externa está dado por, PL = I2RL
Sustituir el valor de I
Esta potencia será máxima cuando R = RL
Así que, la máxima potencia viene dada por
En la Generación de Energía de Seebeck el término (2 / R) se llama figura de mérito. Para que la potencia sea máxima T y (2 / R) debe tener un gran valor o podemos decir que la resistencia interna debe ser baja y esto se puede hacer disminuyendo la longitud y aumentando el diámetro. T se puede aumentar aumentando la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el disipador de calor.
Eficiencia del generador de energía termoeléctrica
El eficiencia del generador de energía termoeléctrica se define como la relación de potencia desarrollada, PL a través de la carga resistencia, RL al flujo de calor, Q de la fuente
Materiales adecuados para los generadores de energía termoeléctrica
El material más utilizado para este generador es el teluro de plomo. El teluro de plomo es un compuesto de plomo y telurio que tiene una pequeña cantidad de bismuto o sodio. Otros compuestos utilizados para fabricar generadores de energía termoeléctrica son el telurio de bismuto, el sulfuro de bismuto, el telurio de germanio, el antimonito de zinc, el telurio de estaño y el arseniuro de indio, etc.
Aplicación de los generadores termoeléctricos
- Para aumentar la eficiencia del combustible de los coches, se utilizan generadores termoeléctricos. Estos generadores utilizan el calor producido cuando el vehículo está en marcha.
- Seebeck Power Generation se utiliza para suministrar energía a las naves espaciales.
- Estos generadores se utilizan para suministrar energía a estaciones remotas como estaciones meteorológicas, estaciones de retransmisión, etc.
Limitaciones de los generadores de energía termoeléctrica
- Se requiere una alta resistencia de salida Como se ha explicado anteriormente, para obtener un alto voltaje y potencia de salida, varios generadores termoeléctricos se conectan en serie, lo que a su vez aumenta la resistencia total de salida. Por lo tanto, para transferir eficientemente la alta potencia se necesitan grandes resistencias. Este problema puede superarse conectando más elementos termoeléctricos en paralelo en lugar de en serie, ya que provoca una disminución de la resistencia efectiva.
- Los generadores de energía termoeléctrica generan menos energía eléctrica para el mismo flujo de calor, es decir, tienen una baja eficiencia en comparación con otros generadores mecánicos. Para la misma entrada de energía, el La generación de energía de Seebeck produce menos producción en comparación con otros convertidores de energía.
- Características térmicas bajas La disipación de calor de cualquier dispositivo depende de su conductividad térmica. Cualquier bien generador de energía termoeléctrica tiene una baja conductividad térmica y por lo tanto una pobre disipación de calor. Por lo tanto, estos generadores son eficientes sólo cuando se requiere poca energía.
- Los generadores termoeléctricos son costosos en comparación con otros generadores.
