عمل دائرة المولد الكهروحراري (TEG)

المولد الكهروحراري (TEG) هو نوع من 'أجهزة الطاقة الحرة' التي لها خاصية تحويل درجة الحرارة إلى كهرباء . في هذا المنشور نتعلم القليل عن هذا المفهوم ونكتشف كيف يمكننا استخدامه لتوليد الكهرباء من الحرارة والبرودة.

ما هو TEG

في إحدى مقالاتي السابقة ، شرحت بالفعل مفهومًا مشابهًا بخصوص كيف تصنع ثلاجة صغيرة باستخدام جهاز بلتيير

جهاز بلتيير هو أيضًا جهاز TEG مصمم لتوليد الكهرباء من اختلاف في درجات الحرارة. الجهاز الكهروحراري مشابه تمامًا لـ الحرارية ، الاختلاف الوحيد هو في تكوين النظيرين.

في TEG ، يتم استخدام مادتين مختلفتين من أشباه الموصلات (p-n) للتأثير بينما تعمل المزدوجات الحرارية مع معدنين مختلفين لنفس الشيء ، على الرغم من أن المزدوجة الحرارية قد تتطلب اختلافًا أكبر في درجة الحرارة مقارنةً بإصدار TEG الأصغر.

يُعرف أيضًا باسم تأثير 'Seebeck' ، وهو يمكّن جهاز TEG من تهيئة توليد الكهرباء عند تعريضه لاختلاف في درجة الحرارة عبر جوانبه الجانبية. يحدث هذا بسبب الهيكل الداخلي للجهاز الذي تم تكوينه خصيصًا والذي يستخدم زوجًا من أشباه الموصلات p و n للعملية.

تأثير سيبيك

وفقًا لمبدأ Seebeck ، عندما تتعرض مادتا أشباه الموصلات لمستويين من درجات الحرارة القصوى ، تبدأ حركة الإلكترون عبر تقاطع pn مما يؤدي إلى تطوير فرق جهد عبر الأطراف الخارجية للمواد.

على الرغم من أن المفهوم يبدو مدهشًا ، إلا أن كل الأشياء الجيدة تأتي مع عيب متأصل ، وفي هذا التأثير أيضًا ، فهي تجعلها غير فعالة نسبيًا.

تصبح الحاجة إلى الاختلاف الشديد في درجات الحرارة عبر جانبيها أصعب جزء في النظام ، لأن تسخين أحد الجانبين يعني أيضًا أن الجانب الآخر سوف يسخن أيضًا مما يؤدي في النهاية إلى عدم وجود كهرباء وتلف جهاز TEG.

من أجل ضمان الاستجابة المثلى وبدء تدفق الإلكترونات ، يجب أن تكون مادة واحدة من أشباه الموصلات داخل TEG ساخنة وفي نفس الوقت يجب إبقاء أشباه الموصلات الأخرى بمعزل عن هذه الحرارة عن طريق ضمان التبريد المناسب من جانب العداد. هذا الحرج يجعل المفهوم خرقاء بعض الشيء وغير فعال.

ومع ذلك ، فإن مفهوم TEG هو شيء حصري وغير عملي باستخدام أي نظام آخر حتى الآن ، وهذا التفرد في هذا المفهوم يجعله مثيرًا للاهتمام ويستحق التجربة.

دائرة TEG باستخدام الثنائيات المعدل

لقد حاولت تصميم دائرة TEG باستخدام الثنائيات العادية ، على الرغم من أنني لست متأكدًا مما إذا كانت ستعمل أم لا ، آمل أن تتحقق بعض النتائج الإيجابية من هذا الإعداد ولديها مجال للتحسين.

بالإشارة إلى الأرقام ، يمكننا أن نشهد مجموعة بسيطة من الصمام الثنائي مثبتة بأشكال heasinks. الثنائيات هي ثنائيات من النوع 6A4 ، لقد اخترت هذه الثنائيات الأكبر من أجل الحصول على مساحة سطح أكبر ومعدل توصيل أفضل.

ديود 6A4

يمكن استخدام دائرة المولد الكهروحرارية البسيطة الموضحة أعلاه لتوليد الكهرباء من الحرارة المهدرة ، عن طريق تطبيق الدرجات المطلوبة من فرق الحرارة بشكل مناسب عبر لوحات التوصيل الحراري المشار إليها.

يوضح الشكل الجانبي الأيمن العديد من الثنائيات المتصلة في اتصالات متوازية متسلسلة لتحقيق كفاءة أعلى وتراكم أعلى نسبيًا لفرق الجهد عند الإخراج.

لماذا استخدام الصمام الثنائي لصنع TEG

لقد افترضت أن الثنائيات ستعمل لهذا التطبيق لأن الثنائيات هي وحدات أشباه الموصلات الأساسية التي تتكون من مادة p-n مخدرة مضمنة داخل خيوط نهائيتين .

هذا يعني أيضًا أن الطرفين يتكونان بشكل خاص من مواد متنوعة مما يسهل التطبيق السهل لدرجة الحرارة بشكل منفصل عن الطرفين المتقابلين.

يمكن بناء العديد من هذه الوحدات وتوصيلها في مجموعات متوازية متسلسلة لتحقيق معدلات تحويل أعلى ، ويمكن تنفيذ هذا التطبيق باستخدام الحرارة الشمسية أيضًا. يمكن تحقيق الجانب الذي يحتاج إلى التبريد من خلال تبريد الهواء أو من خلال تحسين تبريد الهواء التبخيري من الغلاف الجوي لزيادة معدل الكفاءة.