Termoelektrický generátor
Výroba elektřiny přeměnou tepelných rozdílů na elektrický proud.
Princip Peltierova článku, který se hojně využívá k chlazení, najde uplatnění i jako termoelektrický generátor. Stačí docílit rozdílných teplot na dvou plochách článku a článek generuje stejnosměrný proud.
Malý historický exkurz:
Mezi léty 1821 až 1823 Thomas Johann Seebeck přišel na způsob přímé přeměny rozdílu teplot na elektrické napětí. Do série zapojené dva rozdílné elektricky vodivé materiály generují elektrickou energii, pokud je jeden materiál vystavený ohřevu a druhý ochlazování. Od té doby popsaný termoelektrický jev nese jméno svého objevitele, Seebeckův jev.
Roku 1834 přišel Jean C.A. Peltier na způsob, jak využít stejného jevu pro chlazení/ ohřívání. Peltierův jev je opakem Seebeckova jevu, kdy elektrický proud přiváděný do Peltierova článku na jedné straně článku chladí a na druhé hřeje. Tento jev se dnes využívá především pro chlazení elektroniky, přenosných chladniček a menších chladících zařízení.
TEG z anglického ThermoElectric Generator, neboli termoelektrický generátor je zařízení k přímé přeměně tepelné energie (rozdílu teplot) na elektrickou energii. V dnešním pojetí jde o polovodičovou součástku, skládající se z dvou keramických destiček, mezi které jsou nanesené dva kovy.
Nejčastěji se používají materiály: telurid bismutu (Bi2Te3), telurid olova (PbTe) a Germanium křemíku (SiGe). Pokud jednu stranu součástky ochladíme a druhou ohřejeme, vzniká stejnosměrný proud na výstupu. Platí, že čím vyšší rozdíl mezi teplou a studenou stranou, tím větší napětí a proud.
Dnes se s generátorem v domácnostech setkáme v krbových ventilátorech, které rozvádějí teplo od kamen do místnosti a využívají vysoké teploty horní desky kamen, nebo kouřovodu oproti relativně nízké teplotě okolního vzduchu.
Obecně generátor najde uplatnění všude tam, kde jsou přebytky odpadního tepla, které není možné využít dalšími metodami. Důvodů pro malý počet aplikací je více. Jednak nízká účinnost uváděná od 5 do 10 procent, také vysoká cena článků.
Zajímavé je srovnání s výkonem na zabranou plochu oproti FV, kde TEG články zabírají 6 až 7x menší plochu oproti ploše fotovoltaických panelů.
Zde je k nahlédnutí: vzorový datasheet TEG článku
Některé projekty navrhují odčerpávat přebytek tepla z výfuků spalovacích motorů, nebo třeba využívat odpadní teplo horkovzdušného potrubí. Zajímavou se ukazuje možnost ohřívat koncentrovanou sluneční energií výhřevnou plochu článku – použití čočky, nebo zvětšení plochy dopadu slunečního záření, případně využití slunečního kolektoru. Zároveň je nutné zajistit dostatečný odvod tepla z druhé strany, nebo přímo chlazení. Zajímavým nápadem je Vodou chlazený, sluncem ohřívaný generátor.
Plusy
- žádné pohyblivé díly
- malé rozměry
- bezúdržbové zařízení
Rizika
- nízká účinnost
- vyšší pořizovací cena článků
- vyřešení otázky, jak zajistit dostatečný rozdíl mezi teplou a chladnou stranou článku
Závěr:
V techonologii se skrývá velký potenciál. Až jednou budou články daleko výkonnější a celkově levnější, bude zde prostor pro rozličná technická řešení, a to nejen v průmyslu, ale také pro domácí experimenty. Možná se dočkáme třeba solárních elektráren, které budou nepoměrně menší, a proto výkonnější na zastavěnou plochu.
Zatím si můžeme hrát s nízkovýkonnými články a zkoušet, jak dostat maximum výkonu a nacházet nová uplatnění.
Zdroje:
- Princip Peltierova článku
- Historie termoelektricity
- Porovnání účinností Peltierových článků v jednotlivých režimech činnosti
- Seebeckův efekt: Jak generovat elektřinu z tepla pomocí dvou mincí
- Datasheet k termoelektrickému generátoru
- návod na solární generátor chlazený vodou
- Návod na vodou chlazený, sluncem vyhřívaný generátor
- Povídání o TEG od výrobce článků
