Esistono diversi modi per convertire l'energia termica in energia elettrica. I metodi più comuni sono:
1. Generatori termoelettrici (TEGS):
* Principio: L'effetto Seebeck. Quando esiste una differenza di temperatura attraverso una giunzione di due materiali diversi, viene generata una differenza di tensione.
* Come funziona: I TEG usano materiali a semiconduttore con diversi coefficienti di temperatura. Quando un lato del materiale viene riscaldato e l'altro lato viene raffreddato, gli elettroni fluiscono dal lato caldo al lato freddo, creando una corrente elettrica.
* Applicazioni: Generazione di energia su piccola scala (ad es. Recupero di calore dei rifiuti), rilevamento della temperatura.
* Limitazioni: Scarsa efficienza, potenza limitata.
2. Generatori termionici:
* Principio: Emissione di elettroni da una superficie metallica riscaldata.
* Come funziona: Un emettitore in metallo riscaldato rilascia elettroni che vengono raccolti da un collettore di metalli più fresco, creando una corrente elettrica.
* Applicazioni: Applicazioni ad alta temperatura (ad es. Reattori nucleari, veicoli spaziali).
* Limitazioni: Temperature operative elevate, design complesso.
3. Motori Stirling:
* Principio: Un motore a ciclo chiuso, che utilizza un fluido di lavoro per trasferire calore e produrre lavori meccanici.
* Come funziona: Il motore Stirling utilizza l'espansione e la contrazione di un fluido di lavoro (di solito aria) per guidare un pistone, che a sua volta genera energia meccanica. Questa energia meccanica può quindi essere utilizzata per alimentare un generatore.
* Applicazioni: Generazione di energia su piccola scala (ad es. Potenza termica solare, recupero del calore dei rifiuti).
* Limitazioni: Design complesso, minore efficienza rispetto ad altri motori.
4. Ciclo di Rankine:
* Principio: Un ciclo di alimentazione a vapore che utilizza un fluido di lavoro (ad es. Acqua) per trasferire calore e produrre lavori meccanici.
* Come funziona: Il fluido di lavoro viene riscaldato e vaporizzato, espandendo e guidando una turbina. L'energia meccanica della turbina viene utilizzata per alimentare un generatore.
* Applicazioni: Generazione di energia su larga scala (ad esempio centrali elettriche a combustibile fossile, centrali nucleari).
* Limitazioni: Design complesso, alti costi di capitale.
5. Effetto piroelettrico:
* Principio: La generazione di polarizzazione elettrica in alcuni materiali quando sono riscaldati o raffreddati.
* Come funziona: I materiali piroelettrici sviluppano una differenza di tensione quando la loro temperatura cambia. Questa tensione può essere sfruttata per generare elettricità.
* Applicazioni: Sensori, raccolta di energia.
* Limitazioni: Output a bassa potenza, intervallo di temperatura limitato.
Scegliere il metodo giusto:
Il metodo più adatto per convertire il calore in elettricità dipende dall'applicazione e dai fattori specifici come l'intervallo di temperatura, i requisiti di potenza, l'efficienza e il costo.
Nel complesso:
La conversione del calore in elettricità è un'area di ricerca attiva, con sforzi in corso per migliorare l'efficienza e il rapporto costo-efficacia di queste tecnologie.
