✖


Jump to content

Термоэлектрический генератор

(Перенаправлено с Термогенератора )
Термоэлектрический эффект
Принципы
Приложения

Термоэлектрический генератор ( ТЭГ ), также называемый генератором Зеебека , представляет собой твердотельное устройство, которое преобразует тепло (вызванное разницей температур ) непосредственно в электрическую энергию посредством явления, называемого эффектом Зеебека. [1] (разновидность термоэлектрического эффекта ). Термоэлектрические генераторы действуют как тепловые двигатели , но менее громоздки и не имеют движущихся частей. Однако ТЭГ обычно дороже и менее эффективны. [2] Когда тот же принцип используется наоборот для создания градиента тепла от электрического тока, это называется термоэлектрическим (или Пельтье) охладителем .

Термоэлектрические генераторы могут использоваться на электростанциях и заводах для преобразования отработанного тепла в дополнительную электроэнергию, а также в автомобилях в качестве автомобильных термоэлектрических генераторов (АТГ) для повышения топливной эффективности . Радиоизотопные термоэлектрические генераторы используют радиоизотопы для создания необходимой разницы температур для питания космических зондов. [2] Термоэлектрические генераторы также могут использоваться вместе с солнечными панелями . [3] [4]

История

[ редактировать ]

В 1821 году Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что тепловой градиент, образующийся между двумя разными проводниками, может производить электричество. [5] [6] В основе термоэлектрического эффекта лежит то, что градиент температуры в проводящем материале приводит к тепловому потоку; это приводит к диффузии носителей заряда. Поток носителей заряда между горячей и холодной областями, в свою очередь, создает разность напряжений. В 1834 году Жан Шарль Атанас Пельтье обнаружил обратный эффект: прохождение электрического тока через соединение двух разнородных проводников может, в зависимости от направления тока, заставить его действовать как нагреватель или охладитель. [7]

Солнечная панель Джорджа Коува, фотография в журнале The Technical World Magazine в марте 1909 года. [8]

Джордж Коув изобрел фотоэлектрическую панель в виде концентрированной фотоэлектрической батареи, но на самом деле в 1909 году это был концентрированный термоэлектрический генератор с термопарами. Предполагалось, что [9]

Эффективность

[ редактировать ]

Типичный КПД ТЭГ составляет около 5–8%, хотя может быть и выше. В старых устройствах использовались биметаллические переходы, и они были громоздкими. В более поздних устройствах используются высоколегированные полупроводники, изготовленные из теллурида висмута (Bi 2 Te 3 ), теллурида свинца (PbTe), [10] оксид кальция-марганца (Ca 2 Mn 3 O 8 ), [11] [12] или их комбинации, [13] в зависимости от температуры нанесения. Это твердотельные устройства, и в отличие от динамо-машин они не имеют движущихся частей , за редким исключением вентилятора или насоса для улучшения теплопередачи. Если горячая область находится в районе 1273К и реализованы значения ZT 3–4, то эффективность составляет примерно 33–37%; позволяя ТЭГам конкурировать с некоторыми тепловыми двигателями по эффективности. [14]

По состоянию на 2021 год существуют материалы (некоторые из которых содержат широко доступные и недорогие мышьяк и олово), значение ZT которых достигает > 3; монослой (ZT = 3,36 по оси кресла); легированный n-типа (ЗТ = 3,23); легированный p-типа (ЗТ = 3,46); легированный p-типа (ЗТ = 3,5). [15]

Строительство

[ редактировать ]
Эффект Зеебека в термобатарее из железной и медной проволоки

Термоэлектрические генераторы энергии состоят из трех основных компонентов: термоэлектрических материалов, термоэлектрических модулей и термоэлектрических систем, взаимодействующих с источником тепла. [16]

Термоэлектрические материалы

[ редактировать ]
Основная статья: Термоэлектрические материалы

Термоэлектрические материалы генерируют энергию непосредственно из тепла, преобразуя разницу температур в электрическое напряжение. эти материалы должны обладать как высокой электропроводностью (σ), так и низкой теплопроводностью Чтобы быть хорошими термоэлектрическими материалами, (κ). Низкая теплопроводность гарантирует, что когда одна сторона нагревается, другая остается холодной, что помогает генерировать большое напряжение при температурном градиенте. Мера величины потока электронов в ответ на разницу температур в этом материале определяется коэффициентом Зеебека (S). Эффективность данного материала для производства термоэлектрической энергии просто оценивается его « качественностью » zT = S. 2 т/г.

В течение многих лет основными тремя полупроводниками, которые , как известно, обладали как низкой теплопроводностью, так и высоким коэффициентом мощности, были теллурид висмута (Bi 2 Te 3 ), теллурид свинца (PbTe) и кремний-германий (SiGe). Некоторые из этих материалов содержат редкие элементы, что делает их дорогими. [ нужна ссылка ]

Сегодня теплопроводность полупроводников можно снизить, не влияя на их высокие электрические свойства, с помощью нанотехнологий . Этого можно достичь путем создания наноразмерных элементов, таких как частицы, провода или интерфейсы в объемных полупроводниковых материалах. Однако процессы производства наноматериалов по -прежнему остаются сложными.

Термоэлектрическая схема, состоящая из материалов с различным коэффициентом Зеебека (полупроводники с p- и n-легированием), сконфигурированная как термоэлектрический генератор.

Термоэлектрические преимущества

[ редактировать ]

Термоэлектрические генераторы представляют собой полностью твердотельные устройства, которым не требуются жидкости для топлива или охлаждения, что делает их независящими от ориентации, что позволяет использовать их в условиях невесомости или в глубоководных условиях. [17] Твердотельная конструкция позволяет работать в суровых условиях. Термоэлектрические генераторы не имеют движущихся частей, что делает их более надежным устройством, не требующим обслуживания в течение длительного времени. Долговечность и экологическая стабильность сделали термоэлектрику среди других приложений фаворитом среди исследователей дальнего космоса НАСА. [18] Одним из ключевых преимуществ термоэлектрических генераторов за пределами таких специализированных приложений является то, что их потенциально можно интегрировать в существующие технологии для повышения эффективности и снижения воздействия на окружающую среду за счет производства полезной энергии из отходящего тепла. [19]

Термоэлектрический модуль

[ редактировать ]

Термоэлектрический модуль — это схема, содержащая термоэлектрические материалы, которые напрямую генерируют электричество из тепла. Термоэлектрический модуль состоит из двух разнородных термоэлектрических материалов, соединенных концами: полупроводника n-типа (с отрицательными носителями заряда) и p-типа (с положительными носителями заряда). Постоянный электрический ток будет течь в цепи при наличии разницы температур между концами материалов. Как правило, величина тока прямо пропорциональна разнице температур:

где — локальная проводимость , S — коэффициент Зеебека (также известный как термоЭДС), свойство местного материала, и это градиент температуры.

При применении термоэлектрические модули в электроэнергетике работают в очень жестких механических и термических условиях. Поскольку они работают в условиях очень высокого температурного градиента, модули в течение длительного времени подвергаются большим термическим напряжениям и деформациям. Они также подвержены механической усталости , вызванной большим количеством термических циклов.

Таким образом, соединения и материалы должны выбираться так, чтобы они выдерживали эти жесткие механические и термические условия. Кроме того, модуль должен быть спроектирован таким образом, чтобы два термоэлектрических материала были термически параллельны, но электрически соединены последовательно. На эффективность термоэлектрического модуля большое влияние оказывает геометрия его конструкции.

Термоэлектрический дизайн

[ редактировать ]

Термоэлектрические генераторы состоят из нескольких термобатарей , каждая из которых состоит из множества термопар, изготовленных из соединенных материалов n- и p-типа. Расположение термопар обычно бывает трех основных: плоское, вертикальное и смешанное. Плоская конструкция предполагает размещение термопар на подложке горизонтально между источником тепла и холодной стороной, что дает возможность создавать более длинные и тонкие термопары, тем самым увеличивая термическое сопротивление и температурный градиент и, в конечном итоге, увеличивая выходное напряжение. В вертикальной конструкции термопары расположены вертикально между горячей и холодной пластинами, что обеспечивает высокую степень интеграции термопар, а также высокое выходное напряжение, что делает эту конструкцию наиболее широко используемой в коммерческих целях. В смешанной конструкции термопары расположены на подложке сбоку, а тепловой поток между пластинами вертикальен. Микрополости под горячими контактами устройства допускают температурный градиент, что позволяет теплопроводности подложки влиять на градиент и эффективность устройства. [20]

Для микроэлектромеханических систем ТЭГ можно спроектировать в масштабе портативных устройств, чтобы использовать тепло тела в виде тонких пленок. [21] Гибкие ТЭГ для носимой электроники можно изготавливать из новых полимеров с помощью аддитивного производства или процессов термического напыления . Цилиндрические ТЭГ для использования тепла выхлопных труб автомобилей также могут быть изготовлены с использованием круглых термопар, расположенных в цилиндре. [22] Многие конструкции ТЭГ могут быть созданы для различных устройств, к которым они применяются.

Термоэлектрические системы

[ редактировать ]

Используя термоэлектрические модули, термоэлектрическая система генерирует энергию, получая тепло от такого источника, как горячий выхлопной дымоход. Для работы системе необходим большой температурный градиент, что непросто в реальных приложениях. Холодная сторона должна охлаждаться воздухом или водой. теплообменники Для обеспечения нагрева и охлаждения с обеих сторон модулей используются .

Существует множество проблем при разработке надежной системы ТЭГ, работающей при высоких температурах. Достижение высокой эффективности системы требует тщательного инженерного проектирования, позволяющего сбалансировать тепловой поток через модули и максимизировать температурный градиент между ними. Для этого разработка технологий теплообменников в системе является одним из важнейших аспектов проектирования ТЭГ. Кроме того, система требует минимизировать тепловые потери из-за границ раздела материалов в нескольких местах. Еще одним сложным ограничением является предотвращение больших перепадов давления между источниками отопления и охлаждения.

Если требуется питание переменного тока (например, для питания оборудования, предназначенного для работы от сети переменного тока), мощность постоянного тока от модулей TE должна проходить через инвертор, что снижает эффективность и увеличивает стоимость и сложность системы.

Материалы для ТЭГ

[ редактировать ]

Лишь немногие известные на сегодняшний день материалы идентифицированы как термоэлектрические материалы. Большинство термоэлектрических материалов сегодня имеют значение zT, показателя качества, около 1, например, теллурид висмута (Bi 2 Te 3 ) при комнатной температуре и теллурид свинца (PbTe) при 500–700 К. Однако для того, чтобы быть Конкурирующие с другими системами производства электроэнергии, материалы ТЭГ должны иметь zT 2–3. Большинство исследований термоэлектрических материалов было сосредоточено на увеличении коэффициента Зеебека (S) и снижении теплопроводности, особенно за счет управления наноструктурой термоэлектрических материалов. Поскольку как тепловая, так и электропроводность коррелируют с носителями заряда, необходимо ввести новые средства, чтобы сгладить противоречие между высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью, как это необходимо. [23]

При выборе материалов для термоэлектрической генерации необходимо учитывать ряд других факторов. В идеале во время работы термоэлектрический генератор имеет большой градиент температуры поперек себя. Тепловое расширение создаст напряжение в устройстве, которое может привести к разрушению термоэлектрических ветвей или отделению от материала соединения. Необходимо учитывать механические свойства материалов и достаточно хорошо согласовывать коэффициенты теплового расширения материалов n- и p-типа. В сегментированном [24] В случае термоэлектрических генераторов необходимо также учитывать совместимость материалов, чтобы избежать несовместимости относительного тока, определяемого как отношение электрического тока к диффузионному тепловому току между слоями сегментов.

Коэффициент совместимости материала определяется как

. [25]

Когда коэффициент совместимости от одного сегмента к другому отличается более чем в два раза, устройство не будет работать эффективно. Параметры материала, определяющие s (как и zT), зависят от температуры, поэтому коэффициент совместимости может меняться от горячей стороны устройства к холодной стороне даже в одном сегменте. Такое поведение называется самосовместимостью и может оказаться важным в устройствах, предназначенных для применения в широком диапазоне температур.

В целом термоэлектрические материалы можно разделить на традиционные и новые материалы:

Обычные материалы

[ редактировать ]

Многие материалы ТЭГ сегодня используются в коммерческих целях. Эти материалы можно разделить на три группы в зависимости от температурного диапазона эксплуатации:

  1. Низкотемпературные материалы (около 450 К): Сплавы на основе висмута (Bi) в сочетании с сурьмой (Sb), теллуром (Te) или селеном (Se).
  2. Промежуточная температура (до 850 К): например, материалы на основе сплавов свинца (Pb).
  3. Материал для самых высоких температур (до 1300 К): материалы, изготовленные из кремний-германиевых (SiGe) сплавов. [26]

Хотя эти материалы по-прежнему остаются краеугольным камнем для коммерческого и практического применения в производстве термоэлектрической энергии, были достигнуты значительные успехи в синтезе новых материалов и изготовлении структур материалов с улучшенными термоэлектрическими характеристиками. Недавние исследования были сосредоточены на улучшении добротности материала (zT) и, следовательно, эффективности преобразования за счет снижения теплопроводности решетки. [23]

Новые материалы

[ редактировать ]
Генерация электроэнергии путем захвата обеих сторон гибкого PEDOT:PSS. термоэлектрического устройства
PEDOT: модель на основе PSS, встроенная в перчатку для выработки электроэнергии за счет тепла тела.

Исследователи пытаются разработать новые термоэлектрические материалы для производства электроэнергии за счет улучшения добротности zT. Одним из примеров таких материалов является полупроводниковое соединение ß-Zn 4 Sb 3 , которое обладает исключительно низкой теплопроводностью и имеет максимальное значение zT 1,3 при температуре 670 К. Этот материал также относительно недорог и стабилен до этой температуры в вакууме и может быть хорошей альтернативой в температурном диапазоне между материалами на основе Bi 2 Te 3 и PbTe. [23] Среди наиболее интересных разработок в области термоэлектрических материалов была разработка монокристаллического селенида олова, который дал рекордное значение zT 2,6 в одном направлении. [27] Другие новые материалы, представляющие интерес, включают скуттерудиты, тетраэдриты и кристаллы гремучих ионов. [ нужна ссылка ]

Помимо улучшения добротности, все большее внимание уделяется разработке новых материалов за счет увеличения выходной электроэнергии, снижения затрат и разработки экологически чистых материалов. Например, когда стоимость топлива невелика или почти бесплатна, как, например, при утилизации отработанного тепла , тогда стоимость ватта определяется только мощностью на единицу площади и периодом эксплуатации. В результате был инициирован поиск материалов с высокой выходной мощностью, а не эффективностью преобразования. Например, редкоземельное соединение YbAl 3 имеет низкую добротность, но его выходная мощность по меньшей мере вдвое выше, чем у любого другого материала, и он может работать в температурном диапазоне источника отработанного тепла. [23]

Новая обработка

[ редактировать ]

Чтобы увеличить добротность (zT), теплопроводность материала должна быть сведена к минимуму, а его электропроводность и коэффициент Зеебека максимальны. В большинстве случаев методы увеличения или уменьшения одного свойства приводят к такому же эффекту на другие свойства из-за их взаимозависимости. В новой технологии обработки используется рассеяние фононов различной частоты для выборочного снижения теплопроводности решетки без типичного негативного воздействия на электропроводность из-за одновременного повышенного рассеяния электронов. [28] В тройной системе висмут-сурьма-теллур жидкофазное спекание используется для создания низкоэнергетических полукогерентных границ зерен, которые не оказывают существенного рассеяния на электронах. [29] Прорыв заключается в приложении давления к жидкости в процессе спекания, что создает переходный поток жидкости, богатой Те, и способствует образованию дислокаций, которые значительно снижают проводимость решетки. [29] Возможность выборочного уменьшения проводимости решетки приводит к получению значения zT 1,86, что является значительным улучшением по сравнению с нынешними коммерческими термоэлектрическими генераторами с zT ~ 0,3–0,6. [30] Эти улучшения подчеркивают тот факт, что в дополнение к разработке новых материалов для термоэлектрических применений использование различных методов обработки для проектирования микроструктуры является жизнеспособным и стоящим усилием. На самом деле, часто имеет смысл работать над оптимизацией как состава, так и микроструктуры. [31]

Использование

[ редактировать ]

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) имеют множество применений. Часто термоэлектрические генераторы используются для маломощных удаленных приложений или там, где более громоздкие, но более эффективные тепловые двигатели, такие как двигатели Стирлинга невозможны . В отличие от тепловых двигателей, твердотельные электрические компоненты, обычно используемые для преобразования тепловой энергии в электрическую, не имеют движущихся частей. Преобразование тепловой энергии в электрическую может быть выполнено с использованием компонентов, которые не требуют обслуживания, обладают высокой надежностью и могут быть использованы для создания генераторов с длительным сроком службы без обслуживания. Это делает термоэлектрические генераторы хорошо подходящими для оборудования с низкими и умеренными потребностями в электроэнергии в отдаленных необитаемых или недоступных местах, таких как вершины гор, космический вакуум или глубокий океан.

Основными сферами применения термоэлектрических генераторов являются:

  • Космические зонды , в том числе Curiosity , марсоход вырабатывают электроэнергию с помощью радиоизотопного термоэлектрического генератора , источником тепла которого является радиоактивный элемент.
  • Рекуперация отходящего тепла. Любая человеческая деятельность, транспорт и промышленный процесс генерирует отходящее тепло, а остаточную энергию можно собирать из автомобилей, самолетов, кораблей, промышленности и человеческого тела. [1] У автомобилей основным источником энергии являются выхлопные газы. [32] Сбор этой тепловой энергии с помощью термоэлектрического генератора может повысить топливную экономичность автомобиля. Было исследовано, что термоэлектрические генераторы могут заменить генераторы переменного тока в автомобилях, продемонстрировав снижение расхода топлива на 3,45%. [33] Прогнозы будущих улучшений предусматривают увеличение пробега гибридных автомобилей до 10%. [34] Было заявлено, что потенциальная экономия энергии может быть выше для бензиновых двигателей, чем для дизельных двигателей. [35] Подробнее читайте в статье: Автомобильный термоэлектрический генератор . Для самолетов лучшим местом для рекуперации энергии были признаны сопла двигателя, но также предлагалось использовать тепло от подшипников двигателя и температурный градиент, существующий в обшивке самолета. [1]
  • Солнечные элементы используют только высокочастотную часть излучения, а низкочастотная тепловая энергия тратится впустую. Было подано несколько патентов на использование термоэлектрических устройств в параллельной или каскадной конфигурации с солнечными элементами. [1] [36] Идея состоит в том, чтобы повысить эффективность комбинированной солнечной/термоэлектрической системы для преобразования солнечной радиации в полезную электроэнергию.
  • Термоэлектрические генераторы в основном используются в качестве удаленных и автономных генераторов электроэнергии для беспилотных объектов. Они являются наиболее надежными генераторами электроэнергии в таких ситуациях, поскольку не имеют движущихся частей (поэтому практически не требуют обслуживания), работают днем ​​и ночью, работают при любых погодных условиях и могут работать без резервного аккумулятора. Хотя солнечные фотоэлектрические системы также устанавливаются в отдаленных местах, солнечные фотоэлектрические системы могут не быть подходящим решением там, где солнечное излучение низкое, то есть в районах в более высоких широтах со снегом или без солнечного света, в районах с большим количеством облаков или древесным покровом, в пыльных пустынях, лесах, и т. д. Термоэлектрические генераторы широко применяются на газопроводах, например, для катодной защиты, радиосвязи, телеметрии. На газопроводах мощностью до 5 кВт теплогенераторы предпочтительнее других источников электроэнергии. Производителями генераторов для газопроводов являются компании Global Power Technologies (ранее Global Thermoelectric) (Калгари, Канада) и TELGEN (Россия).
  • Микропроцессоры генерируют отходящее тепло. Исследователи задумались, можно ли использовать часть этой энергии повторно. [37] (Однако ниже приведены проблемы, которые могут возникнуть.)
  • Термоэлектрические генераторы также исследовались как автономные солнечные тепловые элементы. Интеграция термоэлектрических генераторов была напрямую интегрирована в солнечный тепловой элемент с эффективностью 4,6%. [38]
  • Корпорация морской прикладной физики в Балтиморе, штат Мэриленд, разрабатывает термоэлектрический генератор для производства электроэнергии на глубоководных участках морского дна, используя разницу температур между холодной морской водой и горячими жидкостями, выбрасываемыми из гидротермальных источников , горячих просачиваний или из пробуренных геотермальных скважин. Высоконадежный источник электроэнергии на морском дне необходим для океанских обсерваторий и датчиков, используемых в геологии, экологии и науках об океане, разработчиками минеральных и энергетических ресурсов морского дна, а также военными. Недавние исследования показали, что глубоководные термоэлектрические генераторы для крупных энергетических установок также экономически выгодны. [39]
  • Энн Макосински из Британской Колумбии , Канада, разработала несколько устройств, использующих плитки Пельтье для сбора тепла (от человеческой руки, [40] лоб и горячий напиток [41] ), который утверждает, что генерирует достаточно электроэнергии для питания светодиодного фонаря или зарядки мобильного устройства , хотя изобретатель признает, что яркость светодиодного света не может конкурировать с аналогами, представленными на рынке. [42]
  • Термоэлектрические генераторы используются в вентиляторах печей. Их кладут на дровяную или угольную печь. ТЭГ расположен между двумя радиаторами, и разница температур приводит в действие медленно вращающийся вентилятор, который помогает распространять тепло печи в комнату. [ нужна ссылка ]

Практические ограничения

[ редактировать ]

Помимо низкой эффективности и относительно высокой стоимости, существуют практические проблемы при использовании термоэлектрических устройств в определенных типах применений, связанные с относительно высоким выходным электрическим сопротивлением, которое увеличивает самонагрев, и относительно низкой теплопроводностью, что делает их непригодными для применений, где тепло удаление имеет решающее значение, как и удаление тепла из электрического устройства, такого как микропроцессоры.

  • Высокое выходное сопротивление генератора. Чтобы получить уровни выходного напряжения в диапазоне, необходимом для цифровых электрических устройств, общепринятым подходом является размещение множества термоэлектрических элементов последовательно внутри модуля генератора. Напряжения элементов увеличиваются, но увеличивается и их выходное сопротивление. Теорема о максимальной передаче мощности гласит, что максимальная мощность передается на нагрузку, когда сопротивления источника и нагрузки одинаково согласованы. Для нагрузок с низким импедансом, близким к нулю Ом, по мере увеличения сопротивления генератора мощность, подаваемая на нагрузку, уменьшается. Чтобы снизить выходное сопротивление, некоторые коммерческие устройства размещают больше отдельных элементов параллельно и меньше последовательно, а также используют повышающий стабилизатор для повышения напряжения до напряжения, необходимого нагрузке.
  • Низкая теплопроводность: поскольку для передачи тепловой энергии от источника тепла, такого как цифровой микропроцессор, требуется очень высокая теплопроводность, низкая теплопроводность термоэлектрических генераторов делает их непригодными для рекуперации тепла.
  • Отвод тепла с холодной стороны воздухом. В термоэлектрических устройствах с воздушным охлаждением, например, при сборе тепловой энергии из картера автомобиля, большое количество тепловой энергии, которое необходимо рассеивать в окружающий воздух, представляет собой серьезную проблему. Когда температура холодной стороны термоэлектрического генератора повышается, дифференциальная рабочая температура устройства уменьшается. По мере повышения температуры электрическое сопротивление устройства увеличивается, что приводит к усилению паразитного самонагрева генератора. В автомобилях иногда используется дополнительный радиатор для улучшения отвода тепла, хотя использование электрического водяного насоса для циркуляции охлаждающей жидкости приводит к паразитным потерям общей выходной мощности генератора. Водяное охлаждение холодной стороны термоэлектрического генератора, как при выработке термоэлектрической энергии из горячего картера бортового лодочного мотора, не будет страдать от этого недостатка. Вода — гораздо более простой в использовании хладагент, в отличие от воздуха.

Рынок будущего

[ редактировать ]

Хотя технология ТЭГ десятилетиями использовалась в военной и аэрокосмической промышленности, новые материалы ТЭГ [43] и разрабатываются системы для выработки электроэнергии с использованием отходящего тепла при низких или высоких температурах, и это может предоставить значительные возможности в ближайшем будущем. Эти системы также можно масштабировать до любого размера и имеют более низкие затраты на эксплуатацию и обслуживание.

Мировой рынок термоэлектрических генераторов оценивается в 320 миллионов долларов США в 2015 году и 472 миллиона долларов США в 2021 году; до 1,44 млрд долларов США к 2030 году при среднегодовом темпе роста 11,8%. [44] Сегодня Северная Америка занимает 66% доли рынка и останется крупнейшим рынком в ближайшем будущем. [45] Однако прогнозируется, что в странах Азиатско-Тихоокеанского региона и Европы темпы роста будут относительно более высокими. Исследование показало, что рынок Азиатско-Тихоокеанского региона будет расти со среднегодовым темпом роста (CAGR) на уровне 18,3% в период с 2015 по 2020 год из-за высокого спроса на термоэлектрические генераторы со стороны автомобильной промышленности для повышения общей топливной эффективности, а также как растущая индустриализация в регионе. [46]

Небольшие термоэлектрические генераторы также находятся на ранних стадиях исследования носимых технологий для сокращения или замены зарядки и увеличения продолжительности зарядки. Недавние исследования были сосредоточены на разработке нового гибкого неорганического термоэлектрика селенида серебра на нейлоновой подложке. Термоэлектрики представляют собой особую синергию с носимыми устройствами, поскольку они собирают энергию непосредственно из человеческого тела, создавая устройство с автономным питанием. В одном проекте использовался селенид серебра n-типа на нейлоновой мембране. Селенид серебра представляет собой узкозонный полупроводник с высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью, что делает его идеальным для термоэлектрических применений. [47]

Рынок ТЭГ малой мощности или «субватт» (т.е. пиковая мощность до 1 Вт) представляет собой растущую часть рынка ТЭГ, извлекающую выгоду из новейших технологий. Основными приложениями являются датчики, приложения с низким энергопотреблением и, в более глобальном масштабе, Интернета вещей приложения . Специализированная компания по исследованию рынка сообщила, что в 2014 году было отгружено 100 000 единиц, и ожидает, что к 2020 году будет поставляться 9 миллионов единиц в год. [48]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д Фернандес-Яньес, П.; Ромеро, В.; Армас, О.; Серретти, Дж. (сентябрь 2021 г.). «Тепловый менеджмент термоэлектрических генераторов для утилизации отходов энергии» . Прикладная теплотехника . 196 : 117291. Бибкод : 2021AppTE.19617291F . doi : 10.1016/j.applthermaleng.2021.117291 .
  2. ^ Перейти обратно: а б Адроя, Никунь; Мехта, Шрути Б.; Шах, Пратик (01 марта 2015 г.). «Обзор термоэлектричества для улучшения качества энергии» . Журнал новых технологий и инновационных исследований . 2 (3 (март 2015 г.)). Джетир.
  3. ^ «Новые солнечные панели генерируют электроэнергию еще долго после захода солнца» . 11 апреля 2022 г.
  4. ^ Кремер, Дэниел; Пудель, Кровать; Фэн, Сянь-Пин; Кэйлор, Дж. Кристофер; Ю, Бо; Ян, Сяо; Могу ли я; Ван, Сяовэй; Ванга, Дэжи; Муто, Эндрю; Макинани, Кеннет; Кьеза, Маттео; Рен, Чжифэн; Чен, Банда (июль 2011 г.). «Высокопроизводительные плоские солнечные термоэлектрические генераторы с высокой тепловой концентрацией». Природные материалы . 10 (7): 532–538. Бибкод : 2011NatMa..10..532K . дои : 10.1038/nmat3013 . ПМИД   21532584 .
  5. ^ Зеебек, Т.Дж. (1825). «Магнитная поляризация металлов и минералов разностью температур» . Королевской академии наук в Берлине Трактаты . стр. 265–373.
  6. ^ Зеебек, Т.Дж. (1826). «О магнитной поляризации металлов и минералов из-за разницы температур». Анналы физики и химии , 6 : 286.
  7. ^ Пельтье (1834 г.). «Новые эксперименты по тепловому воздействию электрического тока» . Анналы химии и физики . 56 : 371–386.
  8. ^ «Новейший тип солнечного электрогенератора» . Журнал «Технический мир» . Март 1909 г. с. 358.
  9. ^ «Не фотоэлектрический, а термоэлектрический генератор» . Журнал «Низкие технологии» . 29 апреля 2024 г. Проверено 20 октября 2021 г.
  10. ^ Бисвас, Канишка; Он, Цзяцин; Блюм, Иван Д.; Ву, Чун-И; Хоган, Тимоти П.; Зейдман, Дэвид Н.; Дравид, Винаяк П.; Канацидис, Меркури Г. (2012). «Высокопроизводительные объемные термоэлектрики с полномасштабной иерархической архитектурой». Природа . 489 (7416): 414–418. Бибкод : 2012Natur.489..414B . дои : 10.1038/nature11439 . ПМИД   22996556 . S2CID   4394616 .
  11. ^ Анселл, Великобритания; Модрик, Массачусетс; Лонго, Дж. М.; Поппаймелер, КР; Горовиц, HS (1982). «Оксид кальция и марганца Ca 2 Mn 3 O 8 » (PDF) . Acta Crystallographica Раздел B. 38 (6). Международный союз кристаллографии: 1795–1797. дои : 10.1107/S0567740882007201 .
  12. ^ «EspressoMilkCooler.com – Термоэлектрические силовые модули TEG CMO 800°C и Cascade 600°C с горячей стороной» . espressomilkcooler.com .
  13. ^ «Высокотемпературные силовые модули Teg» . Архивировано из оригинала 17 декабря 2012 года.
  14. ^ «Термоэлектрические генераторы» . big.stanford.edu . Проверено 27 октября 2022 г.
  15. ^ Фань, Ляншуан; Ян, Хэнъюй; Се, Гофэн (2021). «Термоэлектрические свойства монослоя трифосфида мышьяка (AsP3): исследование из первых принципов» . Границы в машиностроении . 7 . дои : 10.3389/fmech.2021.702079 .
  16. ^ «Как работают термоэлектрические генераторы - алфавитная энергия» . Алфавитная энергия . Проверено 28 октября 2015 г.
  17. ^ Чен, Мэн (29 апреля 2015 г.). «Исследование глубоководной воды и тепловой энергии термоэлектрической генерации» . Тезисы совещаний ECS . МА2015-01 (3). Электрохимическое общество: 706. doi : 10.1149/MA2015-01/3/706 . Проверено 11 марта 2019 г.
  18. ^ «Передовые термоэлектрические технологии: питание космических кораблей и инструментов для исследования Солнечной системы» . НАСА . Проверено 11 марта 2019 г.
  19. ^ Уокер, Крис (28 января 2013 г.). «Как термоэлектрические генераторы могут помочь окружающей среде?» . АЗО Чистые технологии . Проверено 11 марта 2019 г.
  20. ^ Джазири, Несрин; Бугамура, Айда; Мюллер, Йенс; Мезгани, Брахим; Тунси, Фарес; Исмаил, Мохаммед (01 декабря 2020 г.). «Всесторонний обзор термоэлектрических генераторов: технологии и распространенное применение» . Энергетические отчеты . SI:Energy Storage – путь к чистому энергетическому будущему. 6 : 264–287. Бибкод : 2020EnRep...6..264J . дои : 10.1016/j.egyr.2019.12.011 . S2CID   212902804 .
  21. ^ Адданки, Сатиш; Неумаран, Д. (декабрь 2019 г.). «Моделирование и изготовление термоэлектрических генераторов для портативных электронных устройств» . Материаловедение и инженерия: Б . 251 : 114453. doi : 10.1016/j.mseb.2019.114453 . S2CID   209724788 .
  22. ^ Кумар, Паланисами Мохан; Джагадиш Бабу, Велуру; Субраманиан, Арджун; Бандла, Айшвария; Такор, Нитиш; Рамакришна, Сирам; Вэй, Хэ (июнь 2019 г.). «Проектирование термоэлектрического генератора и его медицинское применение» . Дизайн . 3 (2): 22. doi : 10.3390/designs3020022 .
  23. ^ Перейти обратно: а б с д Исмаил, Базель I.; Ахмед, Ваэль Х. (1 января 2009 г.). «Термоэлектрическая энергетика с использованием энергии отходов как альтернативная зеленая технология». Недавние патенты в области электротехники и электроники . 2 (1): 27–39. дои : 10.2174/1874476110902010027 .
  24. ^ Голдсмид, Х. Джулиан (2016). Введение в термоэлектричество . Серия Спрингера по материаловедению. Том. 121. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. Бибкод : 2016inh..book.....G . дои : 10.1007/978-3-662-49256-7 . ISBN  978-3-662-49255-0 .
  25. ^ Снайдер, Г. (октябрь 2003 г.). «Термоэлектрическая эффективность и совместимость» (PDF) . Письма о физических отзывах . 91 (14): 148301. Бибкод : 2003PhRvL..91n8301S . дои : 10.1103/physrevlett.91.148301 . ПМИД   14611561 .
  26. ^ Кандемир, Али; Озден, Айберк; Кейгин, Тахир; Севик, Цем (2017). «Инженерия теплопроводности объемных и одномерных Si-Ge наноархитектур» . Наука и технология перспективных материалов . 18 (1): 187–196. Бибкод : 2017STAdM..18..187K . дои : 10.1080/14686996.2017.1288065 . ПМК   5404179 . ПМИД   28469733 .
  27. ^ Канацидис, М (2014). «Сверхнизкая теплопроводность и высокая термоэлектрическая эффективность в кристаллах Sn Se». Природа . 508 (7496): 373–377. Бибкод : 2014Natur.508..373Z . дои : 10.1038/nature13184 . ПМИД   24740068 . S2CID   205238132 .
  28. ^ Хори, Такума; Сиоми, Дзюнъитиро (2018). «Настройка спектра переноса фононов для улучшения термоэлектрических материалов» . Наука и технология перспективных материалов . 20 (1): 10–25. дои : 10.1080/14686996.2018.1548884 . ПМК   6454406 . ПМИД   31001366 .
  29. ^ Перейти обратно: а б Ким, Санг (2015). «Плотные массивы дислокаций, встроенные в границы зерен, для высокопроизводительных объемных термоэлектриков» (PDF) . Наука . 348 (6230): 109–114. Бибкод : 2015Sci...348..109K . дои : 10.1126/science.aaa4166 . ПМИД   25838382 . S2CID   31412977 .
  30. ^ Ким, DS (2008). «Варианты солнечного охлаждения - современный обзор». Международный журнал холодильного оборудования . 31 (1): 3–15. дои : 10.1016/j.ijrefrig.2007.07.011 .
  31. ^ Кожокару-Миредин, Оана. «Проектирование термоэлектрических материалов путем контроля микроструктуры и состава» . Институт Макса Планка . Проверено 8 ноября 2016 г.
  32. ^ Эззитуни, С.; Фернандес-Яньес, П.; Санчес, Л.; Армас, О. (июль 2020 г.). «Глобальный энергетический баланс в дизеле с термоэлектрическим генератором». Прикладная энергетика . 269 : 115139. Бибкод : 2020ApEn..26915139E . doi : 10.1016/j.apenergy.2020.115139 . S2CID   219428113 .
  33. ^ Джон, Фэрбенкс (2014). «Автомобильные термоэлектрические генераторы и системы отопления, вентиляции и кондиционирования» (PDF) . Министерство энергетики . Проверено 11 марта 2019 г.
  34. ^ Ференбахер, Кэти. «Стартап наконец-то широко внедряет технологию получения энергии из тепла в транспортные средства» . Удача . Проверено 11 марта 2019 г.
  35. ^ Фернандес-Яньес, П.; Армас, О.; Киван, Р.; Стефанопулу, А. ; Боеман, Ал. (2018). «Термоэлектрический генератор в выхлопных системах двигателей с искровым зажиганием и с воспламенением от сжатия. Сравнение с электрическим турбогенератором». Прикладная энергетика . 229 : 80–87. Бибкод : 2018ApEn..229...80F . дои : 10.1016/j.apenergy.2018.07.107 . S2CID   116417579 .
  36. ^ Кремер, Д; Ху, Л; Муто, А; Чен, X; Чен, Г; Кьеза, М. (2008), «Фотоэлектро-термоэлектрические гибридные системы: общая методология оптимизации», Applied Physics Letters , 92 (24): 243503, Bibcode : 2008ApPhL..92x3503K , doi : 10.1063/1.2947591 , S2CID   109824202
  37. ^ Чжоу, Ю; Пол, Сомнатх; Бхуния, Сваруп (2008). «Сбор тепла в микропроцессоре с использованием термоэлектрических генераторов: моделирование, анализ и измерение». 2008 Проектирование, автоматизация и испытания в Европе . стр. 98–103. дои : 10.1109/ДАТА.2008.4484669 . ISBN  978-3-9810801-3-1 .
  38. ^ Кремер, Дэниел (2011). «Высокопроизводительные плоские солнечные термоэлектрические генераторы с высокой тепловой концентрацией». Природные материалы . 10 (7): 532–538. Бибкод : 2011NatMa..10..532K . дои : 10.1038/nmat3013 . ПМИД   21532584 .
  39. ^ Лю, Липэн (2014). «Возможность создания крупных электростанций на основе термоэлектрических эффектов» . Новый журнал физики . 16 (12): 123019. Бибкод : 2014NJPh...16l3019L . дои : 10.1088/1367-2630/16/12/123019 .
  40. ^ «GSF 2013: Проект: Полый фонарик» . Google Научная ярмарка . Проверено 25 декабря 2015 г.
  41. ^ Макосински, Энн. «Электронный напиток: получение электроэнергии из напитков» .
  42. ^ Чанг, Эмили (17 июня 2014 г.). «BC Girl изобретает налобный фонарь, работающий от тепла тела» . Новости ЦБК .
  43. ^ Пёлс, Ян-Хендрик (16 декабря 2021 г.). «Новый подход позволяет найти материалы, которые могут превращать отходящее тепло в электричество» . Разговор . Проверено 5 января 2022 г.
  44. ^ «Анализ рынка термоэлектрических генераторов – 2030 | По материалам и применениям» . Сопутствующие исследования рынка . Проверено 11 ноября 2022 г.
  45. ^ «По оценкам Market Research Engine, к 2021 году мировой рынок термоэлектрических генераторов превысит 720 миллионов долларов США» . www.keyc.com . Проверено 28 октября 2015 г.
  46. ^ «Рынок термоэлектрических генераторов к 2020 году будет стоить 547,7 млн ​​долларов США» . www.prnewswire.com (пресс-релиз) . Проверено 28 октября 2015 г.
  47. ^ Дин, Ю. (2019). «Высокоэффективная пленка Ag 2 Se n-типа на нейлоновой мембране для гибкого термоэлектрического генератора» . Природные коммуникации . 10 (841): 841. doi : 10.1038/s41467-019-08835-5 . ПМК   6381183 . ПМИД   30783113 .
  48. ^ «Рынок субваттных термоэлектрических генераторов растет» . 15 марта 2016 г. Проверено 13 сентября 2016 г.
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Thermoelectric_generator&oldid=1231816505"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 43d6e75845c49f78a9695eb3549e4645__1719739200
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/43/45/43d6e75845c49f78a9695eb3549e4645.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Thermoelectric generator - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)