Elektřina z odpadního tepla  
Fyzikální zákonitosti nabízejí možnost využít teplotní rozdíly k výrobě elektřiny. Samotný princip složitý není, poznáme ho již 200 let a také nějaké to desetiletí i využíváme. Američtí výzkumníci vyvíjejí materiál, který by umožnil na elektrický proud proměnit i teplo rozehřátých trubek, třeba i těch výfukových.

Schéma jednoduchého teploměru využívajícího Seebeckův efekt (termopily) – sériové spojení několika termočlánků z drátů ze železa a mědi jako snímačů záření, ve kterých jsou chladnější spoje udržovány při konstantní teplotě, zatímco opačné konce jsou vystaveny záření, které je zahřívá. Tím vzniká elektrické napětí, ze kterého lze odvodit intenzitu záření. Kredit: Cmglee, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Schéma jednoduchého teploměru využívajícího Seebeckův efekt (termopily) – sériové spojení několika termočlánků z drátů ze železa a mědi jako snímačů záření, ve kterých jsou chladnější spoje udržovány při konstantní teplotě, zatímco opačné konce jsou vystaveny záření, které je zahřívá. Tím vzniká elektrické napětí, ze kterého lze odvodit intenzitu záření. Kredit: Cmglee, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Jsou ty tam doby, kdy zvídavý vzdělanec mohl pomocí jednoduchých pomůcek doslova v domácích podmínkách dělat experimenty odhalující tajemné fyzikální jevy, jejichž vysvětlení se povětšinou ani nedožil. Příkladem je termoelektrický jev. I když název mu právě před dvěma sty lety dal dánský fyzik a chemik Hans Christian Ørsted, tím, kdo ho pozoroval jako první, byl německý fyzik Thomas Johann Seebeck. V roce 1821 uskutečnil důmyslný, ale na vybavení nenáročný pokus. Do smyčky spojil dva dráty, jeden z mědi, druhý z bismutu. Když jeden koncový spoj zahříval a druhý naopak chladil, v blízkosti vodičů se střelka kompasu vychýlila. Smyčkou tedy dokola obíhal elektrický proud, který generoval slabé magnetické pole. (Jestli jste si kvůli svým školou povinným potomkům řekli, že by to za výukový demonstrační pokus stálo, shlédněte video).

 

Kris Bertnessová, specialistka na polovodiče a nanofonické metamateriály pro termoelektrická zařízení. Členka společnosti pro materiálový výzkum  Kredit: NIST  
https://www.nist.gov/people/kris-bertness
Kris Bertnessová, specialistka na polovodiče a nanofonické metamateriály pro termoelektrická zařízení. Členka společnosti pro materiálový výzkum Kredit: NIST https://www.nist.gov/people/kris-bertness

Termoelektrický (Seebeckův) jev našel uplatnění při měření teplot, ovládání elektronických spínačů v plynových zařízeních, ale také v napájení některých přístrojů kosmických sond. V jejich případě elektřinu dodává radioizotopový termoelektrický generátor, jehož jádro z oxidu plutonia ohřívá radioaktivní rozpad na teplotu přes 500 °C. Jádro obklopují sady termočlánků ze speciálních materiálů, jejichž vnější stranu ochlazuje mrazivé okolní kosmické prostředí (video).

 

Monokrystal nitridu gallia.  Kredit: Opto-p, Wikimedia Commons, volné dílo
Monokrystal nitridu gallia. Kredit: Opto-p, Wikimedia Commons, volné dílo

Což tak Seebeckův jev využít i v pozemských podmínkách k proměně tepelné energie, která je vedlejším produktem mnoha spalovacích procesů a která se jen tak nazdařbůh vyzařuje do okolí? K tomu je ale zapotřebí najít materiál, který je elektricky dobře vodivý, ale zároveň co nejvíce udrží teplotní rozdíl mezi dvěma oblastmi, má tedy co nejnižší tepelnou vodivost. Jenže který elektrický vodič je zároveň tepelným téměř izolantem?

 

S problémem se zajímavým způsobem poprali výzkumníci z Coloradské univerzity v Boulderu ve spolupráci s Kris Bertnessovou z amerického Národního institutu pro standardy a technologie (NIST). Vědci vypracovali metodu, jak na destičku z polovodičového křemíku nanést husté pole stovek tisíců jen mikrometry, tedy tisíciny milimetru vysokých sloupků z nitridu gallia. Pak ze spodní strany křemíkové podložky odstranili většinu materiálu, až zůstal jen velmi tenký plátek s „porostem“ mikrosloupečků GaN. Jak tato struktura ovlivnila tepelnou vodivost křemíku?

 

Ilustrace mikrometry vysokých sloupků použitých v dizajnu nového metamateriálu pro efektivní přeměnu tepelné energie na elektřinu.  Kredit: S. Kelley / NIST
Ilustrace mikrometry vysokých sloupků použitých v dizajnu nového metamateriálu pro efektivní přeměnu tepelné energie na elektřinu. Kredit: S. Kelley / NIST

V pevné látce jsou atomy nebo molekuly spjaté vazbami do krystalové mřížky. Lokálně působící zvýšená teplota, případně zvukové vlny vyvolané například úderem, generují jejich prostorově omezený kmitavý pohyb, kterým se energie vnějšího podnětu předává dál sousedním atomům nebo molekulám.

 

Termoelektrický obvod složený z materiálů s různými Seebeckovými koeficienty (p-dopované a n-dopované polovodiče), konfigurovaný jako termoelektrický generátor. Pokud je zatěžovací rezistor ve spodní části nahrazen voltmetrem, obvod funguje jako termočlánek snímající teplotu. Kredit: Ken Brazier, Wikimedia Commons,  CC BY-SA 4.0
Termoelektrický obvod složený z materiálů s různými Seebeckovými koeficienty (p-dopované a n-dopované polovodiče), konfigurovaný jako termoelektrický generátor. Pokud je zatěžovací rezistor ve spodní části nahrazen voltmetrem, obvod funguje jako termočlánek snímající teplotu. Kredit: Ken Brazier, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Ve formě vibrací určitých módů tak putuje materiálem. Tyto kolektivní vibrace se jeví jako šíření se virtuálních částic (kvazičástic), nosičů energetických kvant, které se nazývají fonony.

 

Když fonony putují křemíkovou destičkou, některé vyvolají rezonanční vibrace i v nitridu gallia. Vybuzené kmity jsou ale uvězněné v podobě stojatých vln mezi stěnami drobných sloupků, podobně jako kmity kytarové struny uchycené na obou koncích. Tyto interakce mezi fonony putujícími tenkým křemíkovým plátkem a vibracemi v mikrosloupcích GaN až o 21 % zpomalují průchod tepla křemíkem. Tedy snižují jeho tepelnou vodivost, zatímco tu elektrickou neovlivňují (video pod textem).

 

Jde zatím o první fázi výzkumu, jehož cílem bylo nový termoelektrický materiál otestovat. Mohl by být velice nadějný i pro lokální přeměnu nevyužitého tepla unikajícího z povrchu potrubína elektřinu. Také chlazení počítačových čipů se nabízí jako jedna z možných aplikací. Problémem je v mikronových sloupcích použité gallium. Jde o poměrně vzácný prvek, mnohonásobně dražší než lépe dostupný křemík. Tým proto pokračuje na vývoji struktur vyrobených výhradně z křemíku, s vylepšenou geometrií pro termoelektrickou rekuperaci tepla.

Výsledky dosavadního výzkumu zveřejnil časopis Advanced Materials (zde). Článek je volně dostupný v preprintové verzi na serveru arXiv (zde).

 

Video: Využití mikrosloupků k efektivní přeměně tepla na elektřinu. Vytvořením titěrných tyčinek z nitridu gallia na křemíkové membráně vědci z NIST a jejich kolegové z Coloradské univerzity v Boulderu snížili v křemíkovém podkladu přenos tepla o 21 %, aniž by se snížila jeho elektrická vodivost. Nový termoelektrický materiál by mohl výrazně zefektivnit přeměnu tepelné energie v elektrickou.

V pevných látkách je tepelná energie přenášena fonony, periodickými vibracemi atomů v krystalové mřížce. Určité vibrace fononů (vibrační módy) v membráně rezonují s vibracemi fononů v nanosloupcích, což zpomaluje přenos tepla. Důležité je, že se to netýká pohybu elektronů, takže elektrická vodivost zůstává vysoká. Kredit: S. Kelley/NIST


Video: Elektřina, co se točí pořád dokola, vysvětlení termoelektrického jevu. Kredit: Steve Mould

 

Literatura

Advanced Materials; NIST; arXiv

Datum: 23.05.2023
Tisk článku

Související články:

Experimentální zařízení vyrábí elektřinu z bezcitného chladu vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (07.05.2019)
Důmyslný ultratenký tepelný štít ochrání elektroniku     Autor: Stanislav Mihulka (21.08.2019)
Nový termoelektrický materiál levně a bezpečně vyrábí elektřinu z tepla     Autor: Stanislav Mihulka (28.11.2022)



Diskuze:

Indigirka

Miroslav Pragl,2023-05-26 15:43:21

Nejvymakanejsi TEG pro bezne pouziti je asi Indigirka, az 60 W. Proste jako autolednicky - jednoduche a funkcni, ale strasne neucinne.

MP

Odpovědět

Termoelektrický článek

Petr Nováček,2023-05-24 14:49:36

Termoelektrický článek musí mít velké teplotní rozdíly jednotlivých stran, aby byl vůbec k něčemu - stovky stupňů. To už je lepší prohnat zahřát vodu a páru prohnat turbínou. Termoelektrický článek má nízkou účinnost - rychle ohřeje studenou stranu. Článek v tomto nijak převratný není.

Odpovědět


Re: Termoelektrický článek

Alois Vackar,2023-05-25 13:35:33

No já nevím, ale vozím v autě chladničku a ta je na tom principu. Těžko bych tam blbnul s párou... Nechladí moc, ale stačí to. V porovnání s těmi na elektromotor motor, neskutečně levná. Že má větší spotřebu mi nevadí, používám ji jen sem tam někdy. Takže za mne každé vylepšení super!

Odpovědět


Re: Re: Termoelektrický článek

Vladimír Bzdušek,2023-05-25 23:26:59

To je Peltier

Odpovědět


Re: Re: Termoelektrický článek

Petr Nováček,2023-05-26 12:38:18

Termoelektrický článek elektřinu získává. Ve vašem případě lednička energii potřebuje. Jedná se o úplně něco jiného.

Odpovědět


Re: Re: Re: Termoelektrický článek

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-26 12:50:05

Jedná se o úplně to samé. Peltierův článek je jiný název pro termočlánek. Můžete ho použít buď k výrobě elektřiny nebo naopak k chlazení pomocí elektřiny. Paní Gregorová to v článku také zmiňuje - možnost využití pro chlazení čipů. To máte jako s turbínou - slouží turbína k roztáčení generátoru a nebo naopak slouží ke kompresi vzduchu?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Termoelektrický článek

Vladimír Bzdušek,2023-05-26 17:08:48

Máte samozrejme pravdu, ako vždy.
Lenže otázka do Milionára by znela takto-

V prenosnej autochladničke sa používa:
A- Voltov článok
B- kryočlánok
c- termočlánok
D- Peltierov článok
Čo odpoviete?

Inak: Piezoelektrický jav potom bude čo?
Vratnosť fyzikálnych dejov je zaujímavá, ak zanedbáme entropiu.

Ešte inak:
Dajte echo výrobcovi kotlov na tuhé palivo,
bypass vratu studenej vody okolo horúceho miesta
s vloženým termočlánkom patričného tvaru a veľkosti by určite išil patentovať

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Termoelektrický článek

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-26 18:10:13

Dobře, není to to samé, ale také to není něco úplně jiného. Je to reverzní konfigurace. Něco úplně jiného by byl třeba kondenzátor nebo rezistor ;-)

Odpovědět


Re: Re: Termoelektrický článek

Miroslav Pragl,2023-05-26 15:52:26

V aute je kompresorova klima s ucinnosti skoro 400%. Skoda, ze neni az na vyjimy typu "chlazeni 2 plechovek v gloveboxu" bezne pouzitelna jako lednicka. Ma pritom dost vykonu na to, aby namrazila i nejaky blok, ktery bude dochlazovat lednicku par hodin pri vypnutem motoru.

MP

Odpovědět


Re: Termoelektrický článek

Josef Hrncirik,2023-05-26 16:42:16

I při použití vylepšovaných polovodičů jako tepelných mostů ("termočlánkových drátů") mezi teplou a studenou stranou termogenerátorů je nutno řadit termopáry do dlouhých sérií, aby výstupní napětí nebylo jen malé zlomky V. Termopáry musí být v dobrém tepelném kontaktu s izolační keramickou deskou minimálního tepelného odporu a dobrého tepelného kontaktu s výměníkovými plochami, do a ze kterých musí být snadno přivedeno projektové množství tepla při malém tepelném odporu proti přenosu tepla (vnější oběhy nebo alespoň heatpipes.
Kolik nohou má vlastně TG či TČ?
Na obr.1 3 páry nohou, u obr.2 si nejsem jist ani polovinou páru, v obr. 4 je 2. noha dřevěná, v obr.5 je nedostižný ideál p, n nohou, v obr.6 jsou 4 zkratované půlnohy.
V obr.4 poloviční protézy krmící přístroj (jsou špatně definovaná nepřízpůsobená neoptimální nepolovodičová noha).
Zanedbatelného vylepšení ZT je dosaženo pouze pouze proudí-li teplo Si membránou tloušťky jen 200 nm na které jsou 20x vyšší nanowires GaN průměru cca tl. membrány.
Pro zmatení špiónů obr. nemá správné pro porce, ani není blíže specifikován p Si a na 2. nohu ani nepomysleli. U své nohy se chlubí ZT= 1,12 mili mezi 20-300°C, tj. jen cca 8% Carnotova cyclu naroste-li jim complementární noha stejné quality i quantity.
Výzkum je tak vysílil, že v čl. navzájem zaměnili obr.7 a 8., na což vysílení peer to peer reviewers také nepřišli.

Odpovědět

Pro zájemce o domácí využití

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-24 05:37:16

Pro zájemce o domácí hrátky nebo produkci elektřiny v místech mimo síť sem dávám odkaz na americký e-shop se zajímavým produkty fungujícími na principu termoelektrického generátoru :-)
https://www.tegmart.com/

Odpovědět


Re: Pro zájemce o domácí využití

Florian Stanislav,2023-05-24 14:21:05

Trochu isté a vcelku levné elektřiny z kamen v případu výpadku proudu.

Váš odkaz má další odkaz
https://www.tegmart.com/info/guide-to-understanding-and-using-teg-power-and-products/
a vede k zajímavým závěrům.
"To znamená, že průměrně 125 wattů termoelektrické energie v domě ve Vermontu může za den vyrobit stejné množství elektřiny jako 1 000 wattů solárních fotovoltaických panelů. Pokud porovnáme náklady, cenové rozpětí za 1000 wattů solární energie by bylo až 3 000 $ v závislosti na konkrétní značce. Zatímco náklady na 125 wattů termoelektrické energie mohou být až 1 200 USD. Na rozdíl od solárních nejsou TEG při výrobě energie závislé na slunci. Pokud máte trvalý zdroj tepla, jako dřevo nebo pelety mohou TEG vyrábět energii 24 hodin denně. Na rozdíl od generátorů na fosilní paliva mají TEG málo pohyblivých částí, kromě chladicích ventilátorů nebo vodních chladicích čerpadel, a mohou být navrženy tak, aby vydržely více než 100 000 hodin nepřetržitého provozu.".

Odpovědět


Re: Re: Pro zájemce o domácí využití

Vojtěch Běhunčík,2023-05-24 17:47:29

Já nevím - 125 wattů, 1 000 wattů - pořád je to výkon a ne práce/energie.
Zkuste to přepočítat na Wh / kWh ...

Odpovědět


Re: Re: Re: Pro zájemce o domácí využití

Florian Stanislav,2023-05-24 18:02:55

W[J] = P[W]*t[s]
Za den ( elektřina při topení v kamnech)
P=125 [W], to je asi 1/10 příkonu varné konvice
W = 125*3600*24 =10 800 000 [J]= 10,8 [MJ] elektrických = 2,8 kWh.

Výhřenost dřevěných pelet je asi 17 MJ/kg. Tato energie se vpodstatě neztratí, vyrobená elektřina nakonec přejde většinou na teplo.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Pro zájemce o domácí využití

Ondřej Nečas,2023-05-25 09:54:56

No ale... nebudou pak taková kamna málo topit, když jim budeme odčerpávat energii na elektřinu?
Tedy, chápu ideu tak, že chceme topit pořád stejně, jen se část energie přemění na elektrickou (takže je třeba o trochu víc přiložit) - a tím máme vlastně zdroj se stoprocentní účinností (žádná elergie se "neztrácí" vyzářením ve formě tepla, protože teplo chceme vytvářet tak jako tak). Jenže někde v tom bude určitě háček.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Pro zájemce o domácí využití

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-25 10:19:52

Háček je v tom, že TEG s takovým (malým) tepelným spádem má účinnost maximálně do pár procent, takže bude "chybět" maximálně těch pár procent tepla na vytápění, což lze zanedbat. Malá kamna mají výkon 4kW, kotel pro vytápění domku může mít výkon 20kW. V tom se nějakých 125kW přeměněných na elektřinu prakticky ztratí.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pro zájemce o domácí využití

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-25 10:20:56

Oprava: 125W, samozřejmě.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pro zájemce o domácí využití

Vojtěch Kocián,2023-05-25 12:46:15

Trochu problém je v tom, že ani ten kotel neběží neustále. 20 kW kotel v normálně zatepleném rodinném domě musí mít akumulaci (vodní nádrž nebo něco na ten způsob), protože tepelné ztráty domu budou při venkovních teplotách kolem nuly řádově pod 5 kW. Pokud nechcete mít okna dokořán, topíte jen pár hodin denně nebo dokonce den či dva vynecháte (dle velikosti, zateplení a akumulační kapacity domu). Tím pádem ani termoelektrický generátor nebude dodávat elektřinu kontinuálně a vlastně ji denně ani moc nevyrobí. Určitě to může být fajn jako záloha vlastního kotle a oběhových čerpadel, aby se kotel nepřehřál a bylo možné topit i po výpadku. Ale stejně může být u některých typů bez elektřiny problém vůbec zatopit a záloha kotle tvořená "autobaterií" s nabíječkou ze sítě vyjde podstatně levněji.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pro zájemce o domácí využití

Florian Stanislav,2023-05-25 15:32:56

No, kotel na pelety s velkou násypkou a automatickým zapalováním, ten asi z autobaterie nerozdýcháte. Zkušenost z širší rodiny, kotel opakovaně nezapaloval, autorizovaný servis si s tím rady nevěděl ( respektive, že bude třeba nový zapalovač), švagr to nastavil na víc sekund profukování a víc sekund zapalování a běží to.
Termoelektrický článek ke kamnům, do kterých se ručně přikládá, tak špatný být nemusí, chatové oblasti jsou chatová městečka, ale ne ke každé chatě v divočině ( v Kanadě) se dá elektřina přivést.
Nahoře jsem počítal, že vyrobená elektřina ( pokud by se topilo celý den, což leda v kruté zimě) , tak odpováda 0,6 kg dřevěných pelet. A ta elektrická energie v bytě stejně zůstane skoro všechna.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pro zájemce o domácí využití

Vojtěch Kocián,2023-05-25 16:27:27

Na peletkový kotel je to asi lepší, mám zkušenosti jen s kotlem na polena. Peletkové mívají menší výkony a tím pádem běží déle a vyprodukují tak víc elektřiny z termočlánku.
Pro nějakou chatku v divočině by se to mohlo dobře doplňovat se solárem, to je pravda. V létě není třeba tolik topit (leda na vaření), ale je víc slunečního světla. V zimě kamna a termočlánek.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pro zájemce o domácí využití

Jirka Naxera,2023-05-25 18:46:33

Dovolim si Vas doplnit jeste do extremu - v drtive vetsine aplikaci se ani tech 125W neztrati, ale padne do tepelnych ztrat tech el. zarizeni.
(co jde ven? Horka voda -> tu tou elektrikou fakt ohrejvat nebudete, pracka/mycka -> na to, aby je to utahlo je to celkem slabe. Osvetleni? Vetsina jde do tepla bud primo, nebo i to svetlo ve finale neco ohreje. Mikroelektronika? WiFi je pak mW a stejne vetsinu sezerou zdi, ethernet par desitek mW max, ...)

Odpovědět

Zajímavý výzkum

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-24 05:29:38

Jen trochu škoda, že dnešní doba káže třetinu textu zaplácat balastem o hypotetických eko-využitích. Zkrátka ten objev může mít využití všude tam, kde se používají termočlánky nyní. Pro rekuperaci tepelné energie z výfuku není zvýšení účinnosti o 21% žádné terno a nebude to tím pádem dávat smysl ani nadále (pokud nejste v místě bez elektřiny). Pro napájení vesmírné sondy nebo pro chladící aplikace je ale 21% prakticky revoluční skok.

Odpovědět


Re: Zajímavý výzkum

Dagmar Gregorová,2023-05-24 06:11:11

myslím, že pro vesmírné aplikace se používají mnohem sofistikovanější a dražší polovodičové materiály - viz video v odkazu v textu. Tohle je spíše hledání řešení pro běžnější aplikace, kde to nesmí být moc drahé. Samozřejmě, že teplo z výfuků je spíše "sranda". ale co tak kouřovody a pod. jistě by se v mnohých výrobních provozech našlo využití, problém je "kolik" té energie takhle můžete konvertovat. Jestli by to vůbec stačilo na napájení něčeho s velmi nízkou spotřebou - samozřejmě přes dobíjecí baterii. Nemyslím, že tohle je princíp, jenž by nám mohl pomoci vytrhnout nějaký ten energetický trn z paty naší civilizace.

Odpovědět


Re: Re: Zajímavý výzkum

Dagmar Gregorová,2023-05-24 06:29:58

jen dodám, že v tomto případě mi šlo spíše o půvab fyziky a popularizaci jevu, který možná tak moc známý není, a přitom je tak "sympatický" - a také o děti, které pomalu začneme přesvědčovat, že genderové studie, zideologizovaná ekologie... jsou důležitější, než "fuj" matematika, fyzika... t

Odpovědět


Re: Re: Re: Zajímavý výzkum

Jirka Naxera,2023-05-25 18:52:02

Tak nejen popularizace - ve chvili, kdyz narazite na problem, ze chcete na nejaky komin povesit nejakou krabicku, ktera Vam dvakrat denne posle nejakou telemetri, fotku apod. tak to muze byt docela dobra varianta, i kdyz asi solarni panel by poslouzil i lepe. Nebo jak tu pan kolega zminil, ten kotel pak muze pak jet alespon v omezenem autonomnim rezimu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Zajímavý výzkum

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-25 20:42:27

Problém je, že takové krabičky většinou pracují celoročně, zatímco kotle sezónně a nebo s odstávkami. Dostatečně naddimenzovaný solár dá aspoň trochu šťávy téměř každý den. Nějaké podobné využití by se pro TEG určitě také našlo, ale okruh bude dost zúžený. A hlavně není důvod ho nepoužívat už teď, těch 21% účinnosti není pro takové aplikace gamechanger. Důležitá je hlavně jednoduchost, spolehlivost a cena. Ale když autochladnička při stejné spotřebě vytvoří o 21% větší rozdíl teplot, bude to znát hodně. Prakticky to může znamenat rozdíl, jestli v ní při pokojové teplotě udržíte potraviny zchlazené nebo zmražené.

Odpovědět


Re: Re: Re: Zajímavý výzkum

Josef Hrncirik,2023-05-25 20:05:06

Klamavá re-klama.
Oslovské Video: Looping electricity, pod článkem ukazuje, jak běžné termočlánkové dráty cca d=0,2 mm s horkým koncem TČ v plameni a studeným v ledové vodě dávají snadno až 20 mA do zkratu.
Cudně však zamlčují, že napětí naprázdno je i při rozdílu teplot 400°C jen max. 8 mV.
Pro TČ železo-konstantan má parametr figure of merit tzv. ZT= 12 micro.
Potom podle doi: 10.1073/pnas.1510231112 je jeho účinnost jen cca 0,0097% i mezi 400-0°C.
Plamen svíčky má cca 60 W a paralelní balík TČ ků v sobě Jouluje cca 6 mW a v přizpůsobeném spotřebiči ? 5,3 mOHM až 3 mW proudem 0,75 A.
Asi je nutno balíkovat to všechno sériově.

Odpovědět


Re: Re: Zajímavý výzkum

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-24 06:55:12

Problém systémů na využívání ztrátového tepla je, že významně zvyšují komplexitu, ale výtěžek je nízký.

Účinnost termoelektrického generátoru (stejně jako klasických tepelných motorů) je přímo úměrná velikosti tepelného spádu. Pro nízký rozdíl teplot je nízká také účinnost. Pokud jde o kouřovody - prvním krokem ke zvýšení účinnosti kotlů je využívání kondenzačního tepla. Jenže tím se dostanete na teplotu spalin v řádu desítek stupňů Celsia a to už vytvoří tak nízký tepelný spád, že je pro výrobu významnějšího množství elektřiny prakticky nepoužitelný. Ale dejme tomu, že už tedy na tom kouřovodu vyrobíme 10W elektřiny - nastává otázka, jak ji zpracovat. To znamená kablíky po celé délce kouřovodu a měniče, které tu elektřinu budou transformovat na něco využitelného. Další otázka je, jestli má smysl se snažit cpát těch 10W do rozvodné sítě nebo pro ně člověk nalezne nějaké lepší využití (třeba pohon domácího vodotrysku).

Každé zařízení, které produkuje odpadní/ztrátové teplo, má nějaký primární účel. Smysluplné je se v první řadě snažit, aby to teplo bylo co nejnižší. Například přidáním izolace, využitím kondenzačního tepla (příklad výše) a nebo zvýšením účinnosti tepelného motoru. Pokud spojíte TEG s výrobou tepla, je to klasická kogenerace. Ta má ale nejvyšší účinnost při opačném sledu - tedy že se napřed vysokoteplotní teplo využije na výrobu elektřiny s účinností kolem 30% a následně se odpadní teplo využije pro vytápění. Koncová teplota spalin je stejná, ale získá se mnohem více elektřiny, která je hodnotnějším druhem energie.

Jinak pokud by nějaký provoz skutečně produkoval smysluplné množství odpadního teplo o vyšší teplotě, myslím, že by stále pro jeho využití vycházel lépe např. Stirlingův motor. To by ty TE články musely s účinností poskočit opravdu hodně.

Odpovědět


Re: Re: Re: Zajímavý výzkum

Kamil Kubu,2023-05-24 12:57:47

Mě třeba připadá jako smysluplná aplikace autonomní výroba elektřiny v kotli na tuhá paliva pro potřebu pohonu čerpadla otopného okruhu nebo větráku přívodního vzduchu. Stejně tak i pro napájení elektroniky řízení. S nějakou malou bateriovou zálohou. Kotel pak není závislý na dodávce z libovolného jiného zdroje, ať je to již distribuční síť nebo nějaký ostrovní systém solárů nebo větrníků.

V takovém případě ale samozřejmě nebude využívat odpadní teplo na kouřovodu, ale naopak bude používat vysokoteplotní teplo z hoření a nezpracovanou energii odvádět chlazením do topného okruhu. Tím dojde pouze k minimálním ztrátám a účinnost TEGu bude docela vysoká.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Zajímavý výzkum

Josef Hrncirik,2023-05-25 19:19:30

Prakticky použitelný TEG či peltier musí mít alespoň větráček a raději 2 oběhová čerpadla (studené a teplé), aby měly rozumné rozměry a spotřebu polovodičů na teplé a studené spoje.
Kde se vzaly, tu se vzaly a najednou je zapotřebí mít až 3 větráčky či 3 oběhová čerpadla.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Zajímavý výzkum

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-25 20:02:59

Vítejte zpátky! Vy jste tu nebyl vidět pěkně dlouho :-)

K TEGu - když se podívate na ten e-shop, na který jsem dával odkaz, mají tam TEG modul, který připlácnete rovnou na nějaké horké místo kotle a chladí se vodou z radiátorového okruhu, takže 3 větráčky a 2 čerpadla rázem ubyly.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zajímavý výzkum

Josef Hrncirik,2023-05-25 20:14:50

Po vypadnutí Své Oběhové Pumpy i homo sapiens sapiens vychladne.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zajímavý výzkum

D@1imi1 Hrušk@,2023-05-25 20:43:52

Jestli jste řešil potíže s oběhovou pumpou, tak gratuluji k návratu ještě jednou! :-)

Odpovědět

Někdy je to jednodušší než se zdá

Jan Strapina,2023-05-24 04:41:34

Někdy je to jednodušší než se zdá a navíc řešení dávno známe!!!!!Rozhodně lepší a účinější ,než předražené pseudo ekologistické ptákoviny!!!!!!

Odpovědět


Re: Někdy je to jednodušší než se zdá

Florian Stanislav,2023-05-24 11:12:18

! !!! .!!! ... !!! ..! ! . !.. .! !!! !... .!!! . ...! !.!!

Odpovědět


Re: Re: Někdy je to jednodušší než se zdá

František Kroupa,2023-05-24 21:04:03

-.- .- --.. -.. -.-- ... . -. . .--- .- -.- --.. .. ...- ..

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz