آشنایی با نیروگاه ترموالکتریک

نیروگاه ترموالکتریک چیست؟

اصطلاح ترموالکتریک ترکیبی از دو کلمه ترمو و الکتریک است و همانطور که از نامش پیداست Thermal به معنای انرژی گرمایی و Electric به معنای انرژی الکتریکی است. ژنراتورهای ترموالکتریک دستگاهی هستند که برای تبدیل اختلاف دمای بین دو اتصال به انرژی الکتریکی استفاده می شوند. کار ژنراتور ترموالکتریکی بر اساس اثر Seebeck است. بر اساس آن، حلقه ای از دو فلز غیرمشابه زمانی که دو محل اتصال در دمای متفاوتی نگه داشته می شوند، یک emf ایجاد می کند. به همین دلیل است که از آن به عنوان تولید برق Seebeck نیز یاد می شود. در ادامه با ما در آداک، شرکت سازنده تابلو برق در ایران همراه باشید تا در این باره بیشتر بدانید.

اجزای اصلی نیروگاه ترموالکتریک

یک ژنراتور ترمو الکتریک اساساً از منبع حرارتی که در دمای بالا نگهداری می شود و یک هیت سینک که در دمای کمتر از منبع گرما نگهداری می شود تشکیل شده است. اختلاف دما بین منبع حرارت و سینک حرارتی باعث عبور جریان مستقیم از بار می شود. در این نوع تبدیل انرژی مانند بسیاری از تبدیل ها تبدیل انرژی میانی وجود ندارد، بنابراین به آن تبدیل توان مستقیم نیز می گویند.

توان تولیدی ژنراتور ترموالکتریک

توان تولید شده در اثر تولید برق Seebeck تک فاز DC است و توسط I2RL یا VI داده می شود که در آن RL مقاومت بار است. ولتاژ خروجی و توان خروجی یا با افزایش اختلاف دما بین انتهای سرد و گرم یا با اتصال چند ژنراتور برق ترموالکتریک به صورت سری افزایش می یابد. تا زمانی که گرما به محل اتصال گرم وارد شده و از اتصال سرد خارج شود، جریان به جریان خود ادامه خواهد داد.

این جریان تولید شده توسط تولید برق ترموالکتریک یا Seebeck ماهیت DC دارد و با استفاده از اینورتورها می توان آن را به AC تبدیل کرد و با استفاده از ترانسفورماتورها سطح ولتاژ آن را بیشتر افزایش داد. تبدیل انرژی از طریق تولید برق ترموالکتریک یا Seebeck فرآیند برگشت پذیر است، یعنی جهت جریان انرژی را می توان معکوس کرد. اگر بار را برداریم و برق DC را در سرتاسر پایانه هایی که بار وصل شده است تامین کنیم، گرما را می توان به راحتی از مولد برق ترموالکتریک برداشت.

تجزیه و تحلیل عملکرد ژنراتور ترموالکتریک

یک مولد برق ترموالکتریک را در نظر بگیرید که در یک انتها منبع گرما و در انتهای دیگر آن هیت سینک است. منبع حرارت در مقایسه با هیت سینک در دمای بالا نگهداری می شود. بگذارید اختلاف دمای بین دو اتصال ΔT باشد. کناره های دستگاه مولد عایق بندی شده اند، بنابراین گرما فقط در طول جریان دارد. گرمای اعمال شده به اتصال داغ باعث می شود که الکترون های بلوک نوع n و سوراخ های بلوک نوع p از محل اتصال گرما خارج شده و در نتیجه اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شود. مدار با اتصال یک مقاومت بار، RL تکمیل می شود. جریان از این مقاومت بار، RL شروع به عبور می کند. ولتاژ این ژنراتور با V = α ΔT به دست می آید که در آن α ضریب Seebeck و ΔT اختلاف دما بین اتصال سرد و گرم است.

فرض کنید R مقاومت داخلی مولد برق ترموالکتریک باشد، سپس جریان عبوری از مقاومت خارجی RL با معادله زیر مشخص می شود:

مقدار ولتاژ را در معادله بالا جایگزین کنید، ما به جریان خواهیم رسید:

می دانیم که جریان توان به بار خارجی با PL = I2RL داده می شود، مقدار I را جایگزین کنید این توان زمانی که R = RL حداکثر خواهد بود.

رسیدن به حداکثر توان

در Seebeck Power Generation اصطلاح (α2 / R) به نام فیگور شایستگی نامیده می شود. برای اینکه توان حداکثر ΔT و (α2/R) باشد باید مقدار زیادی داشته باشد یا می توان گفت مقاومت داخلی باید کم باشد و این کار را می توان با کاهش طول و افزایش قطر انجام داد. ΔT را می توان با افزایش اختلاف دما بین منبع گرما و هیت سینک افزایش داد.

کارایی مولد برق ترموالکتریک

راندمان مولد برق ترموالکتریک به عنوان نسبت توان توسعه یافته، PL مقاومت در برابر بار، RL به جریان گرما، Q از منبع تعریف می شود.

متریال مناسب برای ژنراتورهای برق ترموالکتریک

متداول ترین ماده مورد استفاده برای این ژنراتور تلورید سرب است. تلورید سرب ترکیبی از سرب و تلوریم است که مقدار کمی بیسموت یا سدیم دارد. سایر ترکیبات مورد استفاده برای ساخت مولدهای برق ترموالکتریک عبارتند از بیسموت تلورید، سولفید بیسموت، تلورید ژرمانیوم، آنتیمونیت روی، تلورید قلع و آرسنید ایندیم و غیره.

همچنین ببنید: صفر تا صد تابلو برق صنعتی

کاربرد ژنراتورهای ترموالکتریک

برای افزایش راندمان سوخت خودروها از ژنراتورهای ترموالکتریک استفاده می شود. این ژنراتورها از گرمای تولید شده در هنگام کار خودرو استفاده می کنند. تولید برق Seebeck برای تامین برق فضاپیماها استفاده می شود. این ژنراتورها برای تامین برق ایستگاه های راه دور مانند ایستگاه های هواشناسی، ایستگاه های رله و غیره استفاده می شوند.

محدودیت های مولدهای برق ترموالکتریک

مقاومت خروجی بالا مورد نیاز: همانطور که قبلا توضیح داده شد برای بدست آوردن ولتاژ و توان خروجی بالا چندین ژنراتور ترموالکتریک به صورت سری به هم متصل می شوند که به نوبه خود مقاومت کل خروجی را افزایش می دهد. بنابراین برای انتقال توان بالا به طور موثر مقاومت های بزرگی مورد نیاز است. این مشکل را می توان با اتصال عناصر ترموالکتریک بیشتر به صورت موازی و نه سری برطرف کرد زیرا باعث کاهش مقاومت موثر می شود.

ژنراتورهای ترموالکتریک برای جریان گرمای یکسان، توان الکتریکی کمتری تولید می کنند، یعنی در مقایسه با سایر ژنراتورهای مکانیکی، راندمان پایینی دارند. برای همان ورودی انرژی، Seebeck Power Generation خروجی کمتری در مقایسه با سایر مبدل های انرژی تولید می کند.
ویژگی های حرارتی پایین: اتلاف گرما هر وسیله ای به هدایت حرارتی آن بستگی دارد. هر ژنراتور حرارتی خوب دارای رسانایی حرارتی پایین و در نتیجه اتلاف حرارت ضعیف است. بنابراین، این ژنراتورها تنها زمانی کارآمد هستند که به توان کمی نیاز باشد.
ژنراتورهای ترموالکتریک در مقایسه با سایر ژنراتورها گران هستند.

ساخت و تولید انواع تابلو برق با فناوری روز دنیا 

آیا می دانید آداک در راستای ارائه جدیدترین فناوری ها در صنعت تابلو برق، طیف وسیعی از محصولات را طراحی و تولید می کند؟ برای آشنایی بیشتر با راهکارهای حرفه ای آداک در این زمینه و دریافت مشاوره جهت طراحی و ساخت تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط برای پروژه صنعتی یا مسکونی خود، هم اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000