Improving the energy efficiency of thermoelectric energy converters – review

Abstract

Представлено результати аналітичного огляду великої кількості публікацій з проблеми підвищення ефективності термоелектричних генераторів (ТЕГ) за останнє десятиліття. Представлено аналіз історичних даних щодо термодинамічного обґрунтування ефективності термоелектричних генераторів. Проаналізовано такі напрямки: проблема підвищення добротності Z шляхом створення нових матеріалівознавчих технологій та нових матеріалів, створення багатосегментних термоелектричних елементів для широкого діапазону температур (300 ÷ 1200 K), ефективність теплопідведення до ТЕГ та охолодження. Представлено методи розрахунку термодинамічного ККД ТЕГ. Показано, що ККД ТЕГ обмежений ½ значення Карно для значень ZT 1-3. Сучасні матеріали дозволяють виробляти ТЕГ зі значеннями ZT менше 1. Однак застосування ТЕГ має багатообіцяючі перспективи зі збільшенням інтенсивності процесів теплопостачання та охолодження. Визначено основні напрямки та тенденції (фізичні, хімічні, технологічні) у створенні та вдосконаленні ТЕГ. Показано деякі практичні рішення, представлені в літературі, а також запропоноване авторами рішення щодо підвищення термодинамічної ефективності котлоагрегатів з використанням ТРГ.The results of an analytical review of a large number of publications on the problem of improving the efficiency of thermoelectric generators (TEG) over the past decade are presented. An analysis of historical data on the thermodynamic justification of the efficiency of thermoelectric generators is presented. The following areas are analyzed: the problem of increasing the figure of merit Z through the creation of new material science technologies and new materials, the creation of multi-segment thermoelectric elements for a wide temperature range (300 ÷ 1200 K), the efficiency of heat supply to the TEG and cooling. The methods for calculating the thermodynamic efficiency of TEG are presented. It is shown that the efficiency of TEG is limited to ½ of the Carnot value for ZT values of 1-3. Modern materials allow the production of TEG with ZT values less than 1. However, the application of TEG has promising prospects with the increase in the intensity of heat supply and cooling processes. The main directions and trends (physical, chemical, technological) in the creation and improvement of TEG are identified. Some practical solutions presented in the literature, as well as the authors' solution for improving the thermodynamic efficiency of boiler units using TEG, are shown.