물리학에서는 에너지가 생성되거나 파괴될 수 없다는 것을 알고 있습니다. 그것은 단지 그 형태를 바꿀 수 있습니다. 이것은 에너지 보존 법칙입니다.이것은 엔지니어들이 에너지를 더 유용한 형태로 변환하는 방법을 찾는 것을 촉구합니다..
열에너지 생산은 열을 직접 전기 에너지로 변환할 수 있는 좋은 예입니다. 이 효과는 토마스 시벡에 의해 처음 발견되었으며 현재 시벡 효과로 알려져 있습니다.열전기 발전기 (TEG) 라고 불리는 장치에 적용되었습니다.이 고체장치들은 20세기에 이르러서야 실용적인 응용 분야에서 상당한 진전을 이루었고, 1960년대에 첫 번째 상업용 버전이 등장했습니다.TEG는 다양한 유형의 응용 분야에 진출했습니다..
TEG 모듈 기본 지식
열전기 발전기 모듈의 작동 원리는 온도 차이를 전압으로 변환하고 그 반대의 원리입니다.이 특징은 열전기 효과라고 불립니다., 세 가지 관련 부분을 포함합니다: 1) 온도 경사도를 통해 전기를 생성하는 Seebeck 효과;2) 펠티어 효과 는 두 가지 다른 물질 을 통해 전류 가 흐르면 열 을 흡수 하거나 방출 하는 것 을 가리킨다3) 톰슨 효과는 전류 흐름 방향에 따라 열의 생성 또는 흡수를 의미합니다.
열전기 기술에서 일반적인 혼란점은 열전기 발전기 (TEG) 와 열전기 냉장기 (TEC) 의 차이입니다.TEG는 열을 통해 전기를 생성하기 위해 Seebeck 효과를 사용합니다., TEC는 냉각 또는 안정적인 온도를 유지하기 위해 펠티어 효과를 사용합니다. 이 두 효과 모두 유사한 반도체 재료에 의존하지만 다른 설계:TEG는 높은 온도 차차와 효율적인 전력 출력을 달성 할 수 있습니다., TEC는 열 전도성을 최적화하기 위해 세라믹과 구리 같은 재료를 사용합니다.
사실, 목표가 열 에너지를 사용하여 전기를 생산하는 경우 TEG 모듈은 올바른 선택입니다. TEC 또는 펠티어 모듈은 냉각 또는 온도 안정성에 더 효과적입니다.같은 하늘은 TEG 모듈과 펠티어 모듈을 모두 제공합니다., 설계 필요에 따라 적절한 장치를 선택하는 것을 더 쉽게합니다.
현대 열전기 발전기 (TEG) 에서는 뜨거운 표면과 차가운 표면 사이의 온도 차이가 있을 때 전기 에너지가 생성됩니다. 모듈 내부에서는n형과 p형 반도체 (일반적으로 비스무스 텔루라이드) 의 여러 쌍을 두 판 사이에 배치한다 (그림 1)n형 물질에서는 전자들이 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로 흐르지만 p형 물질에서는 구멍의 이동 (즉 전자 빈자리) 으로 인해 같은 방향으로 이동합니다.이 두 흐름은 함께 전압을 발생, 온도차가 클수록 출력 전압이 높습니다.
TEG는 산업 생산과 같은 열 낭비를 발생할 수 있는 상황에서 특히 유용합니다. 손실된 에너지를 복구하는 데 도움이 되기 때문입니다. TEG는 또한 원격 또는 극단적인 환경에서 작동 할 수 있습니다.예를 들어태양광이 충분하지 않을 때 방사성 붕괴로 인해 발생하는 열은 우주 탐사선에 전기를 공급하기 위해 전기 에너지로 변환됩니다.
TEG 모듈의 공통 구조
그림 1: TEG 모듈의 일반적인 구조 (사진 소스: 같은 하늘)
TEG의 장단점
열 전기 반도체 전력 생산 모듈 (TEG) 의 주요 장점은 소모 열을 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환 할 수있는 능력입니다.다른 방법으로 손실되는 에너지를 포착하는 데 도움이 됩니다따라서 TEG 모듈은 실용적이면서도 환경 친화적입니다.
TEG는 고체장치이기 때문에 움직이는 부분이 없으므로 이 모듈은 소음이 없고 견고하고 내구성이 있으며 거의 유지보수가 필요하지 않습니다.이 모듈은 콤팩트한 외관을 가지고 있습니다., 작은 공간에 설치 될 수 있으며, 전통적인 전력망에 의존하지 않고 신뢰할 수 있는 전력을 공급하기 위해 여러 전압과 전류를 제공합니다.이것은 TEG를 원격 장치 또는 대체 배터리 시스템에 이상적인 선택으로 만듭니다..
열전기 발전기 (TEG) 는 신뢰할 수 있는 전력 공급원을 제공하지만, 설계의 한계도 있습니다.이 발전기의 성능은 크게 강한 온도 차이에 달려 있습니다.또한, TEG의 변환 효율은 일반적으로 낮고, 일반적으로 10% 정도입니다.다른 많은 에너지 생산 기술에 비해 높지 않습니다..
주요 선택 기준 TEG
열전기 발전기 (TEG) 모듈을 시스템에 통합 할 때, 그 성능에 직접 영향을 미치는 주요 사양을 고려해야합니다.발전기의 작동에서 가장 중요한 요소는 뜨거운 표면과 차가운 표면 사이의 온도 차이입니다 (일반적으로 Δ T로 통칭됩니다)이것은 TEG의 전력 생산에 영향을 미치지만 데이터 테이블은 항상이 방식으로 표시되지 않습니다. 반대로 제조업체는 일반적으로 Tmax를 나열합니다.가장 높은 안전 작동 온도, 극한 조건을 결정하는데 도움이 되지만 반드시 최적의 운영 조건이 아닐 수도 있습니다.
다른 유용한 사양은 오픈 서킷 전압, 일치 로드 전압, 전류, 저항, 전력입니다. 이러한 값을 통해,실제 열 및 전기 부하 하에서 열 전기 발전기의 성능을 이해할 수 있습니다.데이터 테이블 (Same Sky의 데이터 테이블과 같이) 에서, 이 정보는 일반적으로 테이블 (그림 2) 및 성능 그래프 (그림 3) 의 형태로 표시되어 시스템 수준의 설계가 용이합니다.