TEG-elementtien toiminta ja käyttö hukkalämpöä hyödyntävissä sovelluksissa
Karttunen, Oona (2024)
Kandidaatintyö
2024
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024083067244
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024083067244
Tiivistelmä
Tämä kandidaatintyö käsittelee lämpösähköisen generaattorin taustalla vaikuttavia fysikaalisia ilmiöitä sekä lämpösähköisen generaattorin toimintaperiaatetta ja käyttökohteita. Lisäksi työssä tarkastellaan missä sovelluksissa TEG-elementtejä hyödynnetään nykyään sekä kuinka lämpösähköistä generaattoria voitaisiin hyödyntää kotitalouksien energiantuotannossa.
Työn tarkoitus on avata lukijalle yksinkertaistettuna merkittävimmät fysikaaliset tekijät, jotka vaikuttavat lämpösähköisen generaattorin toimintaan. Työssä paneudutaan syvällisemmin lämmön- ja sähkönjohtavuuden ymmärtämiseen, jotta voidaan ymmärtää niiden vaikutus lämpösähköisen generaattorin suunnittelussa, etenkin sen materiaalivalinnoissa. Lopuksi pohditaan, minkälaisia sekä aiemmin tutkittuja lämmönlähteitä lämpösähköinen generaattori voisi hyödyntää kotitalous ympäristössä.
Työssä havaittiin monia hukkalämmön kohteita, joihin TEG-elementtejä voitaisiin hyödyntää, kun tarvitaan vähän sähköä tai jo olemassa olevien laitteiden kokonaishyötysuhdetta halutaan parantaa. Isoimpana ongelmana on edelleen elementtien huono hyötysuhde ja eritoten riittävän lämpötilaeron ylläpitäminen, joka on elementtien toiminnan elinehto. Lisäksi myös materiaalien tulisi kestää korkeita lämpötiloja, jos elementtejä halutaan hyödyntää jatkossa isoimmissa hukkalämmön kohteissa, kuten voimalaitoksissa. This bachelor’s thesis deals with the physical phenomena affecting the background of the thermoelectric generator, as well as the operating principle and applications of the thermoelectric generator. In addition, the thesis examines in which applications TEG elements are used today and how the thermoelectric generator could be used in household energy production.
The purpose of the thesis is to open to the reader, in a simplified manner, the most significant physical factors that affect the operation of the thermoelectric generator. In the thesis, a more in-depth understanding of thermal and electrical conductivity is put to understand their effect in the design of a thermoelectric generator, especially in its material choices. In the end of thesis, let’s consider what kind and previously studied heat sources thermoelectric generator could use in a household environment.
The work found many waste heat targets where TEG elements could be used when only little electricity is needed, or the total efficiency of existing equipment is to be improved. The biggest problem is still the poor efficiency of the elements and especially the maintenance of a sufficient temperature difference, which is the lifeblood of the elements’ operation. In addition, the materials should also withstand high temperatures if the elements are to be used in the future in the largest waste heat sites, such as power plants.
Työn tarkoitus on avata lukijalle yksinkertaistettuna merkittävimmät fysikaaliset tekijät, jotka vaikuttavat lämpösähköisen generaattorin toimintaan. Työssä paneudutaan syvällisemmin lämmön- ja sähkönjohtavuuden ymmärtämiseen, jotta voidaan ymmärtää niiden vaikutus lämpösähköisen generaattorin suunnittelussa, etenkin sen materiaalivalinnoissa. Lopuksi pohditaan, minkälaisia sekä aiemmin tutkittuja lämmönlähteitä lämpösähköinen generaattori voisi hyödyntää kotitalous ympäristössä.
Työssä havaittiin monia hukkalämmön kohteita, joihin TEG-elementtejä voitaisiin hyödyntää, kun tarvitaan vähän sähköä tai jo olemassa olevien laitteiden kokonaishyötysuhdetta halutaan parantaa. Isoimpana ongelmana on edelleen elementtien huono hyötysuhde ja eritoten riittävän lämpötilaeron ylläpitäminen, joka on elementtien toiminnan elinehto. Lisäksi myös materiaalien tulisi kestää korkeita lämpötiloja, jos elementtejä halutaan hyödyntää jatkossa isoimmissa hukkalämmön kohteissa, kuten voimalaitoksissa.
The purpose of the thesis is to open to the reader, in a simplified manner, the most significant physical factors that affect the operation of the thermoelectric generator. In the thesis, a more in-depth understanding of thermal and electrical conductivity is put to understand their effect in the design of a thermoelectric generator, especially in its material choices. In the end of thesis, let’s consider what kind and previously studied heat sources thermoelectric generator could use in a household environment.
The work found many waste heat targets where TEG elements could be used when only little electricity is needed, or the total efficiency of existing equipment is to be improved. The biggest problem is still the poor efficiency of the elements and especially the maintenance of a sufficient temperature difference, which is the lifeblood of the elements’ operation. In addition, the materials should also withstand high temperatures if the elements are to be used in the future in the largest waste heat sites, such as power plants.