Hvad er potentialet ved at integrere termoelektriske generatorer (TEG'er) på varmeplader for at genvinde spildvarme som elektricitet?

Bagsiden af ​​en varmeplade er varm selv med isolering. Sådan lav-varme har generelt for lav temperatur til at kunne udnyttes til at levere mekanisk strøm, men termoelektriske generatorer (TEG'er) kan direkte omdanne enhver temperaturforskel til elektricitet, som kan bruges til at forsyne trådløse sensorer eller LED-indikationer.

Termoelektrisk generation: Seebeck-effekten
Termoelektriske generatorer anvender Seebeck-effekten, hvor en temperaturforskel mellem to forskellige ledere forårsager et lille elektrisk potentiale. Man kan sætte et TEG-modul i et varmepladesystem mellem den varme overflade (bagsiden af ​​pladen) og en kold vask (omgivende luft eller en vandkølet plade). Elektroner vil strømme fra den opvarmede side til den køligere side og generere en jævnstrøm (DC) spænding proportional med temperaturforskellen.

Anvendelser af varmeplader
Hvis et TEG-array er installeret på den køligere bagside af en varmeplade i en industriel sammenhæng, kan det muligvis samle nok energi til at forsyne lav-energienheder som trådløse temperatursensorer eller LED-indikatorer. Dette ville betyde, at sådanne enheder ikke længere ville kræve batterier eller masser af ledninger, hvilket er meget i tråd med den nye trend med industrielle Internet of Things (IoT) applikationer. For eksempel kan trådløse temperatursensorer løbende overvåge varmepladernes tilstand og overføre data til kontrolsystemer uden at kræve batteriskift eller kompliceret ledningsføring.

Termoelektriske generatorer er en specialistapplikation, der tilbyder-selvdrevne muligheder for registrering og overvågning, hvilket er meget vigtigt for områder, hvor nedetid og vedligeholdelse skal minimeres. Denne metode til energihøst kan være særlig nyttig i applikationer, hvor realtidsdata er nødvendige, men hvor ledninger eller strømkilder ville være uoverkommelige.

Praktiske begrænsninger af TEG'er
Der er dog flere grænser med termoelektriske generatorer. TEG-effektiviteten er relativt dårlig, ofte fra 2-5 procent, hvilket betyder, at kun en lille del af varmeenergien omdannes til elektricitet. For en varmeplade kan temperaturforskellen mellem den opvarmede bagside af pladen (i området 50-100 grader) og den omgivende luft eller en vandkølet overflade kun give en temperaturgradient på 50-100 K. En så lille temperaturforskel begrænser, hvor meget strøm der kan produceres af TEG'er.

Den elektriske effekt fra TEG-moduler er ofte mellem milliwatt og få-watt, afhængigt af modulstørrelsen og temperaturforskellen. Med hensyn til samlet varmegenvinding er det ikke en stor energibesparelse, men det er tilstrækkeligt til lavt strømforbrug, såsom trådløse sensorer, der forbruger minimalt med strøm.

TEG'er tilføjer også kompleksitet og omkostninger til systemet. Der skal skabes en effektiv temperaturgradient ved at vælge og placere modulerne med omhu. Integreringen af ​​TEG'er i et eksisterende varmepladesystem skal planlægges nøje, så pladens primære funktion ikke forstyrres.

Tekniske overvejelser
TEG-moduler er solid state-elektronik uden bevægelige dele, hvilket gør dem yderst pålidelige over lange driftsperioder. De producerer ikke meget varme selv, så de kan arbejde effektivt under en lang række forhold. På grund af TEG'ers begrænsede udgangseffekt er de bedst egnede til situationer, hvor der er behov for små mængder energi i stedet for at drive større udstyr eller maskineri.

Sammenfattende
Brugen af ​​termoelektriske generatorer på varmeplader til genvinding af spildvarme er en ny teknik med løfte om selvdrevet-detektion frem for stor-energigenvinding. Den genererede strøm kan bruges til at forsyne trådløse sensorer og overvågningsudstyr, hvilket reducerer behovet for eksterne strømkilder og batteriudskiftninger.

TEG'er på varmeplader giver muligvis ikke store besparelser med hensyn til bulkenergigenvinding generelt, men er et skridt til den smarte fabriksvision, hvor enheder kan køre selvstændigt drevet af den varme, de er beregnet til at håndtere. Energihøst er et spirende emne, der komplementerer energieffektivitetsprogrammer og er en lovende retning for industrielle IoT-applikationer.