TERMOELEKTRİK MODÜLÜN JENERATÖR OLARAK MODELLENMESİ VE DENEYSEL ÇALIŞMASI

Öz

Bu çalışmada, Matlab/Simulink benzetim programıyla Termoelektrik Modülün (TEM) Termoelektrik Jeneratör(TEJ) olarak kullanılması için, matematiksel modelinin benzetimi yapılmış ve farklı iki sıcaklık aralıkları içinbenzetim sonuçları deneylerle teyit edilmiştir. Modüle ait akım, gerilim, güç, sıcak yüzey ve soğuk yüzeysıcaklıkları ve bu yüzeyler arasındaki sıcaklık farkı değerlerinin sürekli izlenmesi ve kayıt altına alınması içinözel bir SCADA programı geliştirilmiştir. Matlab/Simulink benzetimiyle elde edilen teorik sonuçlarla SCADAsistemiyle ölçülen deneysel sonuçlar karşılaştırılmış, ortalama hata yüzdeleri; sırasıyla akım, gerilim ve güç için%5,57, %5,12 ve %3,72 olmuştur. 100°C sıcaklık farkında, TEJ’e giren atık ısı miktarı QH =197W iken, TEJ veyük dirençleri birbirine eşitlendiğinde; çıkış gerilimi Vmax = 2,2V, çıkış gücü Pmax = 6,71W ve verim %3,4 eldeedilmiştir. Deney ve teorik analizin sonuçları, özellikle endüstriyel ve jeotermal alanlarda, düşük sıcaklıklar içinatık ısı geri kazanımında, TEJ’in umut verici potansiyele sahip olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Termoelektrik Jeneratör, Matlab/Simulink benzetimi, SCADA programı, güç üretimi.

Kaynakça

1. Riffat, S.B. ve Ma, X., “Thermoelectrics: a
2. Review of Present and Potential Applications”,
3. Applied Thermal Engineering, Cilt 23, No 8,
4. –935, 2003.
5. Xi, H., Luo, L. ve Fraisse, G, “Development and
6. Applications of Solar-based Thermoelectric
7. Technologies”, Renewable and Sustainable
8. Energy Reviews, Cilt 11, No 5, 923–936, 2007.

9. Tsai, H.L. ve Lin, J.M., “Model Building and
10. Simulation of Thermoelectric Module Using
11. Matlab/Simulink”, Journal of Electronic
12. Materials, Cilt 39, No 9, 2105–2111, 2009.
13. Gou, X., Xiau, H. ve Yang, S., “Modeling,
14. Experimental Study and Optimization on Lowtemperature
15. Wasteheat Thermoelectric Generator
16. System”, Applied Energy, Cilt 87, No 10, 3131-
17. , 2010.
18. Ahıska, R. ve Dislitas, S., “Microcontroller Based
19. Thermoelectric Generator Application”, Journal
20. of the Faculty of Engineering and
21. Architecture of Gazi University, Cilt 19, No 2, 135-141, 2006.
22. Ikoma, K., Munekiyo, M., Furuya, K.,
23. Kobayashi, M., Izumi, T. ve Shinohara, K.,
24. “Thermoelectric Module and Generator for
25. Gasoline Engine Vehicles ”, XVII. International
26. Conference on Thermoelectrics, Nagoya, 464-
27. , 24–28 Mayıs 1998.
28. Dalola, S., Ferrari, M., Ferrari, V., Guizetti, M.,
29. Marioli, D. ve Taroni, A., “Charecterization of
30. Thermoelectric Modules Powering Autonomous
31. Sensors”, IEEE Transaction on
32. Instrumentation and Measurement, Cilt 58,
33. No 1, 99–107, 2009.
34. Khattab, N.M. ve El Shenawy E.T., “Optimal
35. Operation of Thermoelectric Cooler Driven by
36. Solar Thermoelectric Generator”, Energy
37. Conversion and Management, Cilt 47, No 4,
38. -426, 2006.
39. Lertsatitthanakorn, C., “Electrical Performance
40. Analysis and Economic Evaluation of Combined
41. Biomass Cook Stove Thermoelectric (BITE)
42. Generator”, Bioresource Technology, Cilt 98,
43. No 8, 1670-1674, 2007.
44. Chen, L., Cao, D., Huang, Y. ve Peng, F.Z.,
45. “Modeling and Power Conditioning for
46. Thermoelectric Generation”, Power
47. Electronics Specialists Conference, Rhodes,
48. -1103, 15–19 Haziran 2008.
49. Dziurdzia, P., Mirocha, A., “From Constant to
50. Temperature Dependent parameters Based
51. Electrothermal Models of TEG” , XIV. Mixdes
52. International Conference on Mixed Design of
53. Integrated Circuits Systems, Lodz, 555-559,
54. -27 Haziran 2009.
55. Chen, M., Rosendahl, L.A., Condra, T.J. ve
56. Pedersen, J.K., “Numerical Modeling of
57. Thermoelectric Generators With Varing Material
58. Properties in a Circuit Simulator”, IEEE
59. Transactions on Energy Conversion, Cilt 24,
60. No 1, 112-124, 2009
61. Ortiz-Rivera, E.I., Salazar-Llinas, A. ve
62. Gonzalez-Llorente, J., “A Mathematical Model
63. for Online Electrical Characterization of
64. Thermoelectric Generators using the P-I Curves
65. at Different Tempratures”, XXV. Annual IEEE
66. on Appied Power Electronics Conference and
67. Exposition, 2226 – 2230, 21-25 Eylül 2010.
68. Zhou, Y., Paul, S. ve Bhunia, S.,”Harvesting
69. Wasted Heat in a Microprocessor Using
70. Thermoelectric Generators: Modeling, Analysis
71. and Measurement”, Date’08 Design,
72. Automation and Test in Europe, 98–103, 10-14
73. Mart 2008.
74. Xiao, H., Xiaolong, G. ve Chen, Y., “Simulation
75. Analysis on Thermoelectric Generator System
76. Performance”, VII. International Conference
77. on System Simulation and Scientific
78. Computing, Beijing, 1183-1187, 10–12 Ekim
79. -
80. Gaowei, L., Jiemin, Z. ve Xuezhang H., “Output
81. Characteristics Analysis of Thermoelectric
82. Generator Based on Accurate Numerical Model”,
83. Asia-Pacific Power and Energy
84. Engineering Conference, 1-4, 28-31 Mart 2010.
85. Ahıska, R. ve Dişlitaş, S., “Computer Controlled
86. Test System for Measuring the Parameters of The
87. Real Thermoelectric Module”, Energy
88. Conversion and Management, Cilt 52, No 1,
89. -36, 2011.
90. Ferrari, M., Ferrari, V., Guizetti, M, Marioli, D.
91. Ve Taroni, A., “Characterization of
92. Thermoelectric Modules for Powering
93. Autonomous Sensors”, IMTC 2007
94. Instrumentation and Measurement
95. Technology Conference, Warsaw, 1-6, 1-3
96. Mayıs 2007.
97. Shen, B., Hendry, R., Cancheevaram, J., Watkins,
98. C., Mantini, M. ve Venkatasubramanian, R.,
99. “DC-DC Converter Suitable for Thermoelectric
100. Generator”, XXIV International Conference on
101. Thermoelectrics, 529-531, 19-23 Haziran 2005.
102. Hsiao, Y.Y., Chang, W.C. ve Chen, S.L., “A
103. Mathematic Model of Thermoelectric Module
104. with Applications on Waste Heat Recovery from
105. Automobile Engine”, Energy, Cilt 35, No 3,
106. -1454, 2010.
107. Yu, J. ve Zhao, H., “A Numerical Model for
108. Thermoelectric Generator with the Parallel-plate
109. Heat Exchanger”, Journal of Power Sources,
110. Cilt 172, No 1, 428-434, 2007.
111. İnternet: National Communications System
112. http://www.ncs.gov/library/tech_bulletins/2004/ti
113. b_04–1.pdf
114. İnternet: Institute of Thermoelectricity
115. http://ite.cv.ukrtel.net/altec/eng/main0.htm