Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2019 

Produkcja energii elektrycznej z ciepła za pomocą ogniw TEG; charakterystyki termoelektryczne termogeneratorów

Budowa termogeneratora TEG [5]
Budowa termogeneratora TEG [5]
rys. autora

Termogeneratory (TEG) umożliwiają bezpośrednią konwersję energii cieplnej w elektryczną. Nie mają przy tym żadnych części ruchomych, uruchamiają się bezzwłocznie i są długowieczne. Cechy te umożliwiają zastosowanie ogniw TEG do produkcji pomocniczej energii elektrycznej w systemach cieplnych. We współczesnych systemach (źródłach ciepła) pomocnicza energia elektryczna wymagana jest do zasilania elementów sterowniczych (np. regulatory cyfrowe) i wykonawczych (np. palniki, pompy, siłowniki i inne).

Źródłem ciepła wykorzystywanego przez TEG do generowania energii elektrycznej może być zarówno strumień ciepła kierowany do odbiorników, jak i ciepło odpadowe. Zastosowanie TEG zwiększa więc ogólną efektywność energetyczną systemu oraz ogranicza zapotrzebowanie na energię nieodnawialną.

Rys. 1. Strumienie energii w typowym systemie cieplnym (góra) i z wykorzystaniem TEG (dół) do produkcji energii pomocniczej

Rys. 1. Strumienie energii w typowym systemie cieplnym (góra) i z wykorzystaniem TEG (dół) do produkcji energii pomocniczej; rys. autora

Właściwe wykorzystanie TEG pozwala na częściowe lub całkowite uniezależnienie systemu cieplnego od zewnętrznego zasilania w energię elektryczną (rys. 1). Można dzięki nim zbudować w pełni funkcjonalny kocioł gazowy, węzeł ciepłowniczy czy układ solarny, który nie wymaga podłączenia do zewnętrznego zasilania elektrycznego.

Czytaj też: Zapotrzebowanie na moc cieplną i energię użytkową do podgrzania ciepłej wody użytkowej – metody obliczeń >>>

Obecnie szeroko podejmowane się próby zabudowy w urządzeniach cieplnych układów zasilających TEG [1, 2, 3]. W prototypach osiągano moce elektryczne rzędu 240, a nawet 500 W. Ogniwa TEG są dostępne na rynku światowym, jednak brakuje wytycznych ich wykorzystania w systemach cieplnych oraz charakterystyk pozwalających projektować takie układy zasilające. Przeprowadzono badania własne kilku typów ogniw TEG pod kątem ich charakterystyk termoelektrycznych i możliwości wykorzystania w systemach cieplnych.

Generatory termoelektryczne TEG

W ogniwach TEG efekt termoelektryczny jest zjawiskiem związanym z wzajemnością procesów elektrycznych i cieplnych w metalach, przewodnikach i półprzewodnikach [4].

Do grupy zjawisk termoelektrycznych zalicza się zjawisko Peltiera, zjawisko Thomsona i zjawisko Seebecka. Ogólnie dotyczą one obwodu złożonego z dwóch elementów przewodzących, na którego złączach pod wpływem różnicy temperatury generowana jest siła elektromotoryczna w postaci prądu stałego (rys. 2). Obwody połączone w grupy i ograniczone płytkami ceramicznymi tworzą tzw. ogniwo termoelektryczne lub generator termoelektryczny TEG (rys. 3).

Rys. 2. Zasada pracy generatora TEG Rys. 3. Budowa generatora TEG [5]
Rys. 2. Zasada pracy generatora TEG; rys. autora Rys. 3. Budowa generatora TEG [5]; rys. autora

W seryjnie produkowanych ogniwach TEG wykorzystywane są elementy półprzewodnikowe wykonane z tellurku bizmutu (Bi2Te3) lub tellurku ołowiu (PbTe). Połączone zespoły elementów półprzewodnikowych ograniczone są okładkami ceramicznymi z aluminy (tlenku glinu Al2O3) umożliwiającymi dostarczenie ciepła po jednej stronie generatora i odebranie po drugiej. Spomiędzy płytek generatora wyprowadzone są przewody elektryczne. Wymiary typowych ogniw to: 30×30 mm, 40×40 mm, 50×50 mm i 56×56 mm.

Metodyka badań ogniw TEG

Tabela 1. Badane generatory termoelektryczne TEG
Tabela 1. Badane generatory termoelektryczne TEG

Wstępnym etapem przygotowań do budowy zespołu zasilającego system cieplny w pomocniczą energię elektryczną z ogniw TEG jest określenie rzeczywistych parametrów termoelektrycznych wybranych ogniw w danych warunkach cieplnych. Do badań wytypowano sześć modeli generatorów termoelektrycznych dostępnych na rynku (tabela 1), dla których sporządzono charakterystyki termoelektryczne. Opisują one zależność generowanej w ogniwie mocy elektrycznej, natężenia prądu oraz napięcia dla określonych różnic temperatury po obu stronach ogniwa. Badania przeprowadzano w kontrolowanych warunkach temperaturowych i elektrycznych. Na okładkach ogniw utrzymywano określone temperatury dla strony ciepłej i zimnej, monitorując jednocześnie parametry prądu elektrycznego generowanego przez badane ogniwo TEG w zmiennych warunkach obciążenia elektrycznego. Pomiary wykonano dla różnicy temperatury DT po obu stronach ogniwa TEG od 5 do 80°C, zmieniając w sposób powtarzalny obciążenie elektryczne ogniwa dla każdej z ustalonych DT.

Wyniki badań

Podstawowe charakterystyki termoelektryczne analizowanych ogniw TEG przedstawiono na rys. 4, rys. 5, rys. 6, rys. 7, rys 8 i rys. 9 jako zależność maksymalnej mocy elektrycznej ogniwa od różnicy temperatury DT na ciepłej i zimnej okładce TEG. Badania wykonywano w dwóch wariantach montażu ogniw pod kątem doprowadzania i odprowadzania ciepła: z wykorzystaniem przewidzianej przez producenta warstwy grafitu na okładkach TEG oraz po zastąpieniu jej pastą termoprzewodzącą w celu zintensyfikowania wymiany ciepła.

Rys. 4. Maksymalna moc elektryczna ogniwa TEC1-12730 	 Rys. 5. Maksymalna moc elektryczna ogniwa TEG1-12611-6.0
 Rys. 4. Maksymalna moc elektryczna ogniwa TEC1-12730 Rys. 5. Maksymalna moc elektryczna ogniwa TEG1-12611-6.0
Rys. 6. Maksymalna moc elektryczna ogniwa TEG1-12611-8.0 Rys. 7. Maksymalna moc elektryczna ogniwa G2-56-0570
Rys. 6. Maksymalna moc elektryczna ogniwa TEG1-12611-8.0 Rys. 7. Maksymalna moc elektryczna ogniwa G2-56-0570
 	 Rys. 8. Maksymalna moc elektryczna ogniwa G2-56-0375  	 Rys. 9. Maksymalna moc elektryczna ogniwa G2-56-0352
Rys. 8. Maksymalna moc elektryczna ogniwa G2-56-0375 Rys. 9. Maksymalna moc elektryczna ogniwa G2-56-0352

 

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

 

   25.04.2016

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Dobierz grzejniki do pomp ciepła i kondensatorów »


 



Poznaj nowoczesne rozwiązania sieci preizolowanych »

Jaki materiał dobrać by nie tracić energii »
przewody preizolowane pompa wodna
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 



Czy są nowe technologie w systemach ogrzewania podłogowego »


wiem więcej »

 



Jak wygenerować oszczędności stosując pompę woda/powietrze »

Poznaj korzyści płynące ze stosowania pomp wodnych »
rozwiązania pomiarowe pompa wodna
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Dołącz do klubu instalatora! Korzytaj z rabatów  »

strefa instalatora

 



Czy w dzisiejszych czasach rozwiązania pomiarowe śą wystarczające »

Pompy ciepła opracowane z myślą o nowych wymaganiach »
rozwiązania pomiarowe pompy ciepła
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jesteś instalatorem ale elektryka nie jest Ci obca? Dołącz do klubu »

klub instalatora

 



Poznaj nowe zastosowanie pomp w pralniach przemysłowych »

Skorzystaj z najtańszego programu do sporządzania świadectw energetycznych budynku »
wentylacja klatki schodwej program do rozliczeń
jestem na bieżąco »  korzystam z udogodnień »

 


Poznaj najważniejsze cechy użytkowe centrali rekuperacyjnej »

centrale rekuperacyjne

 



Szybka i sprawna kanalizacja pomieszczeń w domu jednorodzinnym » Jak zabezpieczyć kocioł po sezonie grzewczym »
kanalizacja inwentaryzacja kotla grzewczego
wiem więcej » poznaj dziś »

 


Jak działa nowoczesna studnia wodomierzowa »

studnia wodomierzowa zastosowanie

 



"Less waste" pod kątem instalatora - na co zwrócić uwagę » Za pomocą jakiego urządzenia podnieść ciśnienie wody w budynku mieszkalnym »
grzejnik armatura pompa
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
5/2020

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 5/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Wod-kan w inteligentnych budynkach
  • - Klimatyzatory – nowości i innowacje
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl