Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

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

 


Czym mogą Cię zaskoczyć nowoczesne pompy do wody »

pompy do wody

 



Zadbaj o bezpieczeństwo swoje i swoich pracowników » Szukasz partnera w projektowaniu inżynieryjnym i specjalistycznym? »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go już dziś »

 


Jak projektować instalacje najwyższej jakości »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jakich zabezpieczeń wentylatorów dachowych potrzebujesz »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy klimatyzacja jest zdrowa »

wentylacja

 



Kompendium wiedzy o procesach wymiany ciepła » Czy ogrzewanie może wpływać na nasze zdrowie »
pompy woda powietrze pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Jak dobrze odseparować wodę kanalizacyjna od gruntowej »

studzienka kanalizacyjna

 


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
9/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dofinansowanie ogrzewania i fotowoltaiki
  • - Eksploatacja gruntowych pomp ciepła
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