Какъв е потенциалът от интегриране на термоелектрически генератори (TEGs) върху нагревателни плочи за възстановяване на отпадъчната топлина като електричество?

Гърбът на нагревателната плоча е топъл дори и с изолация. Такава ниско{1}}степенна топлина обикновено е с твърде ниска температура, за да се използва за осигуряване на механична енергия, но термоелектрическите генератори (TEG) могат директно да превърнат всяка температурна разлика в електричество, което може да се използва за захранване на безжични сензори или светодиодни индикации.

Термоелектрическо генериране: Ефектът на Seebeck
Термоелектрическите генератори използват ефекта на Seebeck, при който температурна разлика между два различни проводника причинява малък електрически потенциал. Човек може да постави TEG модул в система с нагревателна плоча между горещата повърхност (задната страна на плочата) и студената мивка (околния въздух или плоча с водно охлаждане). Електроните ще текат от нагрятата страна към по-хладната страна, генерирайки постоянен ток (DC) напрежение, пропорционално на температурната разлика.

Приложения на нагревателни плочи
Ако TEG масив е инсталиран на по-хладната задна страна на нагревателна плоча в промишлен контекст, той може да успее да събере достатъчно енергия за захранване на устройства с ниска-енергия, като безжични температурни сензори или LED индикатори. Това би означавало, че такива устройства вече няма да изискват батерии или много кабели, което е в съответствие с нововъзникващата тенденция на индустриални приложения за интернет на нещата (IoT). Например безжичните температурни сензори могат непрекъснато да наблюдават състоянието на нагревателните плочи и да предават данните към системите за управление, без да се налага смяна на батерията или сложно окабеляване.

Термоелектрическите генератори са специализирано приложение, предоставящо-опции за самозахранване за отчитане и наблюдение, което е много важно за области, където времето за престой и поддръжката трябва да бъдат сведени до минимум. Този метод за събиране на енергия може да бъде особено полезен в приложения, където са необходими-данни в реално време, но където окабеляването или източниците на захранване биха били непосилни.

Практически ограничения на ТЕГ
Има обаче няколко ограничения при термоелектрическите генератори. Ефективността на TEG е сравнително ниска, често варираща от 2-5 процента, което означава, че само малка част от топлинната енергия се превръща в електричество. За нагревателна плоча температурната разлика между нагрятата задна част на плочата (в диапазона 50-100 градуса) и околния въздух или повърхност с водно охлаждане може да даде само температурен градиент от 50-100 K. Такава малка температурна разлика ограничава колко мощност може да бъде произведена от TEG.

Електрическата мощност от TEG модулите често е в диапазона от миливати до няколко-вата в зависимост от размера на модула и температурната разлика. По отношение на цялостното възстановяване на топлината, това не е голяма икономия на енергия, но е достатъчно за приложения с ниска мощност, като например безжични сензори, които консумират минимална мощност.

TEG също добавят сложност и цена към системата. Трябва да се създаде ефективен температурен градиент чрез внимателно избиране и поставяне на модулите. Интегрирането на ТЕГ в съществуваща система с нагревателни плочи трябва да се планира внимателно, така че да не се наруши основната функция на плочата.

Технически съображения
TEG модулите са електроника в твърдо състояние без движещи се части, което ги прави много надеждни за дълги периоди на работа. Самите те не произвеждат много топлина, така че могат да работят ефективно при голямо разнообразие от условия. Поради ограничената изходна мощност на ТЕГ, те са най-подходящи за ситуации, в които са необходими малки количества енергия, отколкото за захранване на по-голямо оборудване или машини.

В обобщение
Използването на термоелектрически генератори върху нагревателни плочи за оползотворяване на отпадна топлина е нова техника с обещание за самозахранване, а не за оползотворяване на-енергия в голям мащаб. Генерираната мощност може да се използва за захранване на безжични сензори и оборудване за наблюдение, намалявайки изискването за външни източници на захранване и смяна на батерии.

TEGs върху нагревателните плочи може да не осигурят големи спестявания по отношение на масовото възстановяване на енергия като цяло, но са стъпка към визията на интелигентната фабрика, където устройствата могат да работят автономно, захранвани от топлината, с която са предназначени да се справят. Събирането на енергия е нововъзникваща тема, която допълва програмите за енергийна ефективност и е обещаваща посока за индустриални IoT приложения.