Termoelektrik Jeneratörler (TEG) ve Atık Isıdan Enerji Hasadı

Termoelektrik Jeneratörler (TEG) ile Isıdan Elektrik Üretimi

Özellik ne işe yarar?

Dünyadaki tüm endüstriyel tesislerde, veri merkezlerinde, otomotiv egzozlarında ve hatta insan vücudunda tüketilen enerjinin %60\’ından fazlası çevreye \’atık ısı\’ (waste heat) olarak kaybolur. Termoelektrik Jeneratörler (Thermoelectric Generators – TEG), hareketli hiçbir mekanik parça (türbin, piston vb.) barındırmadan, iki farklı sıcaklık arasındaki farkı (Sıcak yüzey – Soğuk yüzey) doğrudan elektrik enerjisine çeviren katı hal (solid-state) yarı iletken donanımlardır. Bu dönüşüm \’Seebeck Etkisi\’ prensibine dayanır. Yarı iletken malzemenin bir ucu ısıtılıp diğer ucu soğutulduğunda, sıcak taraftaki şarj taşıyıcıları (elektronlar ve delikler) soğuk tarafa doğru akmaya başlar ve bir voltaj potansiyeli yaratır. TEG sistemleri; fabrika bacalarından, veri merkezi sunucu egzozlarından ve jeotermal kaynaklardan çıkan atık ısıyı yakalayarak şebekeye geri kazandırır, tesislerin karbon ayak izini sıfırlamaya katkı sunar.

Nasıl uygulanır?

Bir endüstriyel atık ısı geri kazanım altyapısı kurmak için Bismut Tellürür (Bi2Te3) veya Silikon-Germanyum (SiGe) tabanlı TEG modülleri seçilir. TEG modülleri atık ısı kaynağının (örneğin sıcak bir gaz borusu veya işlemci bloğu) yüzeyine termal macun ile mühürlenir. Modülün diğer yüzeyine ise bir soğutma bloğu (heat sink) yerleştirilerek iki yüzey arasında maksimum sıcaklık farkı (Delta-T) korunur. TEG modüllerinden çıkan düşük voltajlı doğru akım (DC), yüksek verimli DC-DC Yükseltici dönüştürücüler (Boost Converters) ve Maximum Power Point Tracking (MPPT) şarj kontrolcüleri vasıtasıyla voltajı sabitlenerek akülere depolanır veya doğrudan sensörleri beslemek için kullanılır.

İyi sonuç için ipuçları

Termoelektrik verimliliği (ZT değeri) artırmak için nanoyapılı esnek yarı iletken malzemeleri tercih edin. TEG\’in soğuk yüzeyindeki sıcaklığın yükselmesini önlemek için pasif hava soğutması yerine sıvı soğutmalı eşanjör döngüleri kurgulayarak Delta-T farkını 100°C\’nin üzerinde sabit tutun.

Dikkat edilmesi gerekenler

TEG modüllerinin ısı kaynaklarına fiziksel montajında termal genleşme farkları modülün çatlamasına sebep olabilir. Montajda esnek grafit termal pedler ve yaylı sıkıştırma mekanizmaları kullanın. Görsellerde COMSOL termal simülasyon ekranlarını tercih edin.