Stapeln von thermoelektrischen Generatoren für einen besseren Wirkungsgrad

Soweit ich weiß, hat ein thermoelektrischer Generator etwa 5-8% Wirkungsgrad. Das heißt, es nutzt 5 % der Wärme und wandelt sie in Strom um. Rest 95% werden über die andere Seite abgeführt. So kann ich die Effizienz steigern, indem ich die Module stapele und die Abwärme immer wieder in Strom umwandele. Aber wenn ich die Module stapele, beginnt die Spannung des ersten Moduls zu sinken, unabhängig davon, ob es die gleiche Wärmemenge bekommt, die es bekommen hat, als es alleine war. Warum sinkt die Spannung nach dem Stapeln der Module und wohin fließt die verschwendete Energie?

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Es nimmt höchstwahrscheinlich ab, weil Ihre Kühlung jetzt weniger effektiv ist. Denken Sie daran, dass es bei einem thermoelektrischen Generator nicht auf die Wärme , sondern auf die Temperaturdifferenz ankommt . Eine heiße Quelle mit hoher Temperatur zu haben ist nicht wichtiger als eine kalte Kühlsenke.

Wenn sich die Kaltseitentemperatur des obersten Generators beim Stapeln nicht ändert, merkt der Generator nicht, dass etwas anderes angeschlossen wurde. Und dann wäre die Ausgabe die gleiche. Das würde aber eine Zwischentemperatur gleich der Kaltseitentemperatur vor dem Stapeln bedeuten. Die kaltseitige Temperatur muss dann für den Stack noch niedriger sein – wir sprechen hier also von einem ganz anderen Anwendungsszenario, und ich bezweifle, dass Sie das meinen.

Beachten Sie auch, dass thermoelektrische Generatoren immer noch durch die Carnot-Effizienz begrenzt sind. Das Stapeln – oft als Segmentierung bezeichnet – mit geeigneten Materialien, die jeweils für den Temperaturbereich an ihrer spezifischen Position im Stapel optimiert sind, wird in der Tat eine erhöhte Gesamteffizienz zeigen und ist derzeit ein heißes Forschungsthema. Das Hauptproblem dabei ist, dass an jeder kontaktierenden Schnittstelle Kontaktverluste in Form von Widerstand gegen elektrische Leitung oder Absenkung des wichtigen Seebeck-Koeffizienten auftreten. Aus diesem Grund sind die verwendeten Verbindungsmechanismen sehr, sehr wichtig; vielleicht das wichtigste.

Um Ihren letzten Absatz ein wenig zu erweitern, ist es im Allgemeinen nicht effizient, etwas zu nehmen, das nicht effizient ist, und einfach mehr davon in Reihe hinzuzufügen. Effizienz summiert sich nicht; es sei denn, Sie entwerfen das System sorgfältig um mehrere Parameter herum; Sie sollten nicht erwarten, dass es der Effizienz zugute kommt, indem Sie einfach die Ausrüstung zweimal verdoppeln.
Um den @JMac-Kommentar hinzuzufügen, sollte erwähnt werden, dass das mehrfache "Verdoppeln" desselben thermoelektrischen Generators, wenn es um Stapeln / Segmentieren geht, eine sehr schlechte Methode ist, auch weil ein thermoelektrisches Material für einen bestimmten Temperaturbereich optimiert ist. Der letzte Generator in einem Stapel erfährt nicht den gleichen Temperaturunterschied wie der erste, daher müssen die verwendeten Materialien im gesamten Stapel unterschiedlich sein. Sie können nicht einfach in vielen gleichen Exemplaren massenproduziert und dann gestapelt werden.
Stapeln von thermoelektrischen Generatoren für einen besseren Wirkungsgrad
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