Hva er potensialet ved å integrere termoelektriske generatorer (TEG) på varmeplater for å gjenvinne spillvarme som elektrisitet?

Baksiden av en varmeplate er varm selv med isolasjon. Slik lav-varme har vanligvis for lav temperatur til å kunne utnyttes til å gi mekanisk kraft, men termoelektriske generatorer (TEG-er) kan gjøre enhver temperaturforskjell direkte til elektrisitet, som kan brukes til å drive trådløse sensorer eller LED-indikasjoner.

Termoelektrisk generasjon: Seebeck-effekten
Termoelektriske generatorer bruker Seebeck-effekten, hvor en temperaturforskjell mellom to forskjellige ledere forårsaker et lite elektrisk potensial. Man kan sette en TEG-modul i et varmeplatesystem mellom den varme overflaten (baksiden av platen) og en kaldvask (omgivelsesluft eller en vannkjølt plate). Elektroner vil strømme fra den oppvarmede siden til den kjøligere siden, og genererer en likestrøm (DC) spenning proporsjonal med temperaturforskjellen.

Bruk av varmeplater
Hvis en TEG-array er installert på den kjøligere baksiden av en varmeplate i industriell sammenheng, kan den kanskje samle nok energi til å drive lav-strømenheter som trådløse temperatursensorer eller LED-indikatorer. Dette vil bety at slike enheter ikke lenger vil kreve batterier eller mye ledning, noe som er veldig i tråd med den nye trenden med industrielle Internet of Things (IoT)-applikasjoner. For eksempel kan trådløse temperatursensorer kontinuerlig overvåke tilstanden til varmeplater og overføre data til kontrollsystemer uten å kreve batteriskift eller komplisert kabling.

Termoelektriske generatorer er en spesialistapplikasjon som gir selv-alternativer for registrering og overvåking, noe som er svært viktig for områder der nedetid og vedlikehold må minimeres. Denne metoden for energihøsting kan være spesielt nyttig i applikasjoner der sanntidsdata er nødvendig, men hvor kabling eller strømkilder vil være uoverkommelige.

Praktiske begrensninger for TEG-er
Imidlertid er det flere grenser med termoelektriske generatorer. TEG-effektiviteten er relativt dårlig, ofte fra 2-5 prosent, noe som betyr at bare en liten brøkdel av varmeenergien blir omgjort til elektrisitet. For en varmeplate kan temperaturforskjellen mellom den oppvarmede baksiden av platen (i området 50-100 grader) og omgivelsesluften eller en vannkjølt overflate bare gi en temperaturgradient på 50-100 K. En så liten temperaturforskjell begrenser hvor mye kraft som kan produseres av TEG-er.

Den elektriske effekten fra TEG-moduler er ofte mellom milliwatt og få-watt, avhengig av modulstørrelsen og temperaturforskjellen. Når det gjelder total varmegjenvinning, er det ikke en stor energibesparelse, men er tilstrekkelig for laveffektapplikasjoner som trådløse sensorer som bruker minimalt med strøm.

TEG-er legger også til kompleksitet og kostnader til systemet. En effektiv temperaturgradient må skapes ved å velge og plassere modulene med omhu. Integreringen av TEG-er i et eksisterende varmeplatesystem må planlegges nøye slik at platens primærfunksjon ikke forstyrres.

Tekniske hensyn
TEG-moduler er solid state-elektronikk uten bevegelige deler, noe som gjør dem svært pålitelige over lange driftsperioder. De produserer ikke mye varme selv, så de kan arbeide effektivt under en rekke forhold. På grunn av den begrensede kraftutgangen til TEG-er, er de best egnet for situasjoner der små mengder energi er nødvendig i stedet for å drive større utstyr eller maskineri.

I sammendrag
Bruken av termoelektriske generatorer på varmeplater for gjenvinning av spillvarme er en ny teknikk med løfte om -selvdrevet sensor i stedet for stor-energigjenvinning. Strømmen som genereres kan brukes til å drive trådløse sensorer og overvåkingsutstyr, noe som reduserer behovet for eksterne strømkilder og batteribytte.

TEG-er på varmeplater gir kanskje ikke store besparelser når det gjelder bulkenergigjenvinning totalt sett, men er et skritt til den smarte fabrikkvisjonen der enheter kan kjøre autonomt drevet av varmen de er ment å håndtere. Energihøsting er et fremvoksende tema som utfyller energieffektivitetsprogrammer og er en lovende retning for industrielle IoT-applikasjoner.