Каков потенциал интеграции термоэлектрических генераторов (ТЭГ) в нагревательные пластины для утилизации отработанного тепла в виде электричества?

Задняя часть нагревательной плиты теплая даже с утеплителем. Такое низкопотенциальное тепло, как правило, слишком низкое по температуре, чтобы его можно было использовать для производства механической энергии, но термоэлектрические генераторы (ТЭГ) могут напрямую превращать любую разницу температур в электричество, которое можно использовать для питания беспроводных датчиков или светодиодных индикаторов.

Термоэлектрическая генерация: эффект Зеебека
Термоэлектрические генераторы используют эффект Зеебека, при котором разница температур между двумя разными проводниками вызывает небольшой электрический потенциал. Модуль ТЭГ можно поместить в систему нагревательных пластин между горячей поверхностью (задняя часть пластины) и холодным стоком (окружающий воздух или пластина с водяным охлаждением). Электроны будут перетекать от нагретой стороны к более холодной стороне, генерируя напряжение постоянного тока (DC), пропорциональное разнице температур.

Применение нагревательных пластин
Если массив ТЭГ установлен на более холодной задней стороне нагревательной пластины в промышленном контексте, он сможет собирать достаточно энергии для питания маломощных-устройств, таких как беспроводные датчики температуры или светодиодные индикаторы. Это будет означать, что таким устройствам больше не потребуется батарей или большого количества проводов, что во многом соответствует развивающейся тенденции промышленного Интернета вещей (IoT). Например, беспроводные датчики температуры могут постоянно контролировать состояние нагревательных пластин и передавать данные в системы управления, не требуя замены батарей или сложной проводки.

Термоэлектрические генераторы – это специализированное приложение, обеспечивающее-автономное питание для измерения и мониторинга, что очень важно для областей, где необходимо свести к минимуму время простоя и техническое обслуживание. Этот метод сбора энергии может быть особенно полезен в приложениях, где необходимы данные в реальном-времени, но где проводка или источники питания невозможны.

Практические ограничения ТЭГ
Однако у термоэлектрических генераторов есть несколько ограничений. КПД ТЭГ относительно низкий, часто колеблется в пределах 2-5 процентов, а это означает, что лишь небольшая часть тепловой энергии превращается в электричество. Для нагревательной пластины разница температур между нагретой задней частью пластины (в пределах 50–100 градусов) и окружающим воздухом или водоохлаждаемой поверхностью может давать градиент температуры всего лишь 50–100 К. Столь небольшая разница температур ограничивает мощность, которую можно производить ТЭГами.

Электрическая мощность модулей ТЭГ часто находится в диапазоне от милливатт до нескольких-ватт, в зависимости от размера модуля и разницы температур. С точки зрения общей рекуперации тепла, это незначительная экономия энергии, но достаточная для маломощных приложений, таких как беспроводные датчики, потребляющие минимальное количество энергии.

TEG также усложняют и увеличивают стоимость системы. Необходимо создать эффективный температурный градиент, тщательно выбирая и размещая модули. Интеграцию ТЭГ в существующую систему нагревательных пластин необходимо тщательно планировать, чтобы не нарушить основную функцию пластины.

Технические соображения
Модули TEG представляют собой твердотельную электронику без движущихся частей, что делает их очень надежными в течение длительного периода эксплуатации. Сами по себе они не выделяют много тепла, поэтому могут эффективно работать в самых разных условиях. Из-за ограниченной выходной мощности ТЭГ они лучше всего подходят для ситуаций, когда требуется небольшое количество энергии, а не для питания более крупного оборудования или машин.

В итоге
Использование термоэлектрических генераторов на нагревательных пластинах для рекуперации отходящего тепла — это новый метод, обещающий обеспечить-автоматическое зондирование, а не крупномасштабную-утилизацию энергии. Генерируемая энергия может использоваться для питания беспроводных датчиков и оборудования мониторинга, что снижает потребность во внешних источниках питания и замене батарей.

ТЭГ на нагревательных пластинах, возможно, не обеспечат большую экономию с точки зрения рекуперации энергии в целом, но являются шагом к концепции «умного завода», где устройства могут работать автономно, питаясь от тепла, которое они должны выдерживать. Сбор энергии — это новая тема, которая дополняет программы энергоэффективности и является многообещающим направлением для промышленных приложений Интернета вещей.