Vad är potentialen för att integrera termoelektriska generatorer (TEG) på värmeplattor för att återvinna spillvärme som elektricitet?

Baksidan av en värmeplatta är varm även med isolering. Sådan låg-värme har i allmänhet för låg temperatur för att kunna utnyttjas för att ge mekanisk kraft, men termoelektriska generatorer (TEG) kan direkt omvandla vilken temperaturskillnad som helst till elektricitet, som kan användas för att driva trådlösa sensorer eller LED-indikationer.

Termoelektrisk generation: Seebeck-effekten
Termoelektriska generatorer använder Seebeck-effekten, där en temperaturskillnad mellan två olika ledare orsakar en liten elektrisk potential. Man kan sätta en TEG-modul i ett värmeplattesystem mellan den varma ytan (baksidan av plattan) och en kall diskbänk (omgivande luft eller en vattenkyld platta). Elektroner kommer att flöda från den uppvärmda sidan till den kallare sidan och genererar en likströmsspänning (DC) proportionell mot temperaturskillnaden.

Tillämpningar av värmeplattor
Om en TEG-array är installerad på den kallare baksidan av en värmeplatta i industriella sammanhang kan den kanske samla tillräckligt med energi för att driva enheter med låg-effekt som trådlösa temperatursensorer eller LED-indikatorer. Detta skulle innebära att sådana enheter inte längre skulle kräva batterier eller mycket sladd, vilket är mycket i linje med den framväxande trenden av industriella Internet of Things (IoT)-applikationer. Trådlösa temperatursensorer kan till exempel kontinuerligt övervaka värmeplattornas tillstånd och överföra data till styrsystem utan att kräva batteribyten eller komplicerad kabeldragning.

Termoelektriska generatorer är en specialistapplikation som ger själv-alternativ för avkänning och övervakning, vilket är mycket viktigt för områden där driftstopp och underhåll måste minimeras. Denna metod för energiskörd kan vara särskilt användbar i applikationer där realtidsdata behövs men där kablar eller strömkällor skulle vara oöverkomliga.

Praktiska begränsningar för TEG
Det finns dock flera gränser med termoelektriska generatorer. TEG-effektiviteten är relativt dålig, ofta från 2-5 procent, vilket innebär att endast en liten del av värmeenergin omvandlas till elektricitet. För en värmeplatta kan temperaturskillnaden mellan den uppvärmda baksidan av plattan (i intervallet 50-100 grader) och den omgivande luften eller en vattenkyld yta endast ge en temperaturgradient på 50-100 K. En så liten temperaturskillnad begränsar hur mycket effekt som kan produceras av TEG.

Den elektriska effekten från TEG-moduler är ofta i intervallet mellan milliwatt och få-watt, beroende på modulstorleken och temperaturskillnaden. När det gäller total värmeåtervinning är det inte en stor energibesparing men är tillräckligt för lågeffektapplikationer som trådlösa sensorer som förbrukar minimalt med ström.

TEG:er lägger också till komplexitet och kostnad till systemet. En effektiv temperaturgradient måste skapas genom att välja och placera modulerna med omsorg. Integreringen av TEG i ett befintligt värmeplåtssystem måste planeras noggrant så att plattans primära funktion inte störs.

Tekniska överväganden
TEG-moduler är solid state-elektronik utan rörliga delar, vilket gör dem mycket tillförlitliga under långa driftsperioder. De producerar inte mycket värme själva, så de kan arbeta effektivt under en mängd olika förhållanden. På grund av den begränsade uteffekten hos TEG:er är de bäst lämpade för situationer där små mängder energi behövs snarare än för att driva större utrustning eller maskiner.

Sammanfattningsvis
Användningen av termoelektriska generatorer på värmeplattor för spillvärmeåtervinning är en ny teknik som lovar själv-avkänning snarare än stor-energiåtervinning. Strömmen som genereras kan användas för att driva trådlösa sensorer och övervakningsutrustning, vilket minskar behovet av externa strömkällor och batteribyten.

TEGs på värmeplattor kanske inte ger stora besparingar när det gäller återvinning av bulkenergi totalt sett, men är ett steg mot den smarta fabriksvisionen där enheter kan drivas autonomt med den värme de är avsedda att hantera. Energiskörd är ett framväxande ämne som kompletterar energieffektivitetsprogram och är en lovande riktning för industriella IoT-tillämpningar.