Care este potențialul integrării generatoarelor termoelectrice (TEG) pe plăcile de încălzire pentru a recupera căldura reziduală ca energie electrică?

Spatele unei plăci de încălzire este cald chiar și cu izolație. O astfel de căldură de grad scăzut-este, în general, prea scăzută ca temperatură pentru a fi utilizată pentru a furniza energie mecanică, dar generatoarele termoelectrice (TEG) pot transforma direct orice diferență de temperatură în electricitate, care ar putea fi folosită pentru a alimenta senzori fără fir sau indicații LED.

Generarea termoelectrică: efectul Seebeck
Generatoarele termoelectrice folosesc efectul Seebeck, unde o diferență de temperatură între doi conductori diferiți determină un potențial electric mic. Se poate pune un modul TEG într-un sistem de plăci de încălzire între suprafața fierbinte (spatele plăcii) și o chiuvetă rece (aer ambiental sau o placă răcită cu apă). Electronii vor curge din partea încălzită către partea rece, generând o tensiune de curent continuu (DC) proporțională cu diferența de temperatură.

Aplicații ale plăcilor de încălzire
Dacă o matrice TEG este instalată pe partea din spate mai rece a unei plăci de încălzire într-un context industrial, este posibil să fie capabilă să adune suficientă energie pentru a alimenta dispozitive cu putere redusă-, cum ar fi senzorii de temperatură fără fir sau indicatoarele LED. Acest lucru ar însemna că astfel de dispozitive nu ar mai necesita baterii sau o mulțime de fire, ceea ce este foarte în concordanță cu tendința emergentă a aplicațiilor industriale pentru Internetul obiectelor (IoT). De exemplu, senzorii de temperatură fără fir ar putea monitoriza continuu starea plăcilor de încălzire și pot transmite datele către sistemele de control fără a necesita schimbarea bateriei sau cablaje complexe.

Generatoarele termoelectrice sunt o aplicație specializată care oferă opțiuni auto-alimentate pentru detectare și monitorizare, ceea ce este foarte important pentru zonele în care timpul de nefuncționare și întreținerea trebuie reduse la minimum. Această metodă de colectare a energiei poate fi utilă în special în aplicațiile în care sunt necesare date-în timp real, dar unde cablarea sau sursele de alimentare ar fi prohibitive.

Limitările practice ale TEG-urilor
Cu toate acestea, există mai multe limite cu generatoarele termoelectrice. Eficiența TEG este relativ slabă, variind adesea de la 2-5%, ceea ce înseamnă că doar o mică parte din energia termică este transformată în electricitate. Pentru o placă de încălzire, diferența de temperatură dintre spatele încălzit al plăcii (în intervalul de 50-100 de grade) și aerul ambiental sau o suprafață răcită cu apă poate oferi doar un gradient de temperatură de 50-100 K. O diferență atât de mică de temperatură limitează cantitatea de putere produsă de TEG-uri.

Puterea electrică de la modulele TEG este adesea între miliwați și câțiva{0}}wați, în funcție de dimensiunea modulului și de diferența de temperatură. În ceea ce privește recuperarea generală a căldurii, aceasta nu reprezintă o economie mare de energie, dar este suficientă pentru aplicații cu putere redusă, cum ar fi senzorii wireless care consumă energie minimă.

TEG-urile adaugă, de asemenea, complexitate și costuri sistemului. Un gradient de temperatură eficient trebuie creat prin selectarea și amplasarea cu grijă a modulelor. Integrarea TEG-urilor într-un sistem existent de plăci de încălzire trebuie planificată cu atenție, astfel încât funcția principală a plăcii să nu fie perturbată.

Considerații tehnice
Modulele TEG sunt electronice în stare solidă fără piese în mișcare, ceea ce le face foarte fiabile pe perioade lungi de funcționare. Nu produc multă căldură în sine, astfel încât pot lucra eficient într-o mare varietate de condiții. Din cauza puterii limitate de ieșire a TEG-urilor, acestea sunt cele mai potrivite pentru situațiile în care sunt necesare cantități mici de energie, mai degrabă decât pentru alimentarea echipamentelor sau mașinilor mai mari.

În concluzie
Utilizarea generatoarelor termoelectrice pe plăcile de încălzire pentru recuperarea căldurii reziduale este o tehnică nouă, promițătoare pentru detectarea auto-alimentată, mai degrabă decât pentru recuperarea energiei la scară largă-. Puterea generată poate fi utilizată pentru alimentarea senzorilor fără fir și a echipamentelor de monitorizare, scăzând necesarul de surse de alimentare externe și înlocuirea bateriilor.

Este posibil ca TEG-urile de pe plăcile de încălzire să nu ofere economii mari în ceea ce privește recuperarea energiei în vrac în ansamblu, dar reprezintă un pas către viziunea fabricii inteligente în care dispozitivele pot funcționa autonom alimentate de căldura pe care sunt menite să o gestioneze. Recoltarea energiei este un subiect în curs de dezvoltare care completează programele de eficiență energetică și este o direcție promițătoare pentru aplicațiile industriale IoT.