TERMOELEKTRİK MODÜLÜN JENERATÖR OLARAK MODELLENMESİ VE DENEYSEL ÇALIŞMASI

Yıl 2011, Cilt: 26 Sayı: 4, 0 - , 20.02.2013

Raşit Ahıska Hayati Mamur , Metin Uliş

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

• Riffat, S.B. ve Ma, X., “Thermoelectrics: a
• Review of Present and Potential Applications”,
• Applied Thermal Engineering, Cilt 23, No 8,
• –935, 2003.
• Xi, H., Luo, L. ve Fraisse, G, “Development and
• Applications of Solar-based Thermoelectric
• Technologies”, Renewable and Sustainable
• Energy Reviews, Cilt 11, No 5, 923–936, 2007.
• Tsai, H.L. ve Lin, J.M., “Model Building and
• Simulation of Thermoelectric Module Using
• Matlab/Simulink”, Journal of Electronic
• Materials, Cilt 39, No 9, 2105–2111, 2009.
• Gou, X., Xiau, H. ve Yang, S., “Modeling,
• Experimental Study and Optimization on Lowtemperature
• Wasteheat Thermoelectric Generator
• System”, Applied Energy, Cilt 87, No 10, 3131-
• , 2010.
• Ahıska, R. ve Dislitas, S., “Microcontroller Based
• Thermoelectric Generator Application”, Journal
• of the Faculty of Engineering and
• Architecture of Gazi University, Cilt 19, No 2, 135-141, 2006.
• Ikoma, K., Munekiyo, M., Furuya, K.,
• Kobayashi, M., Izumi, T. ve Shinohara, K.,
• “Thermoelectric Module and Generator for
• Gasoline Engine Vehicles ”, XVII. International
• Conference on Thermoelectrics, Nagoya, 464-
• , 24–28 Mayıs 1998.
• Dalola, S., Ferrari, M., Ferrari, V., Guizetti, M.,
• Marioli, D. ve Taroni, A., “Charecterization of
• Thermoelectric Modules Powering Autonomous
• Sensors”, IEEE Transaction on
• Instrumentation and Measurement, Cilt 58,
• No 1, 99–107, 2009.
• Khattab, N.M. ve El Shenawy E.T., “Optimal
• Operation of Thermoelectric Cooler Driven by
• Solar Thermoelectric Generator”, Energy
• Conversion and Management, Cilt 47, No 4,
• -426, 2006.
• Lertsatitthanakorn, C., “Electrical Performance
• Analysis and Economic Evaluation of Combined
• Biomass Cook Stove Thermoelectric (BITE)
• Generator”, Bioresource Technology, Cilt 98,
• No 8, 1670-1674, 2007.
• Chen, L., Cao, D., Huang, Y. ve Peng, F.Z.,
• “Modeling and Power Conditioning for
• Thermoelectric Generation”, Power
• Electronics Specialists Conference, Rhodes,
• -1103, 15–19 Haziran 2008.
• Dziurdzia, P., Mirocha, A., “From Constant to
• Temperature Dependent parameters Based
• Electrothermal Models of TEG” , XIV. Mixdes
• International Conference on Mixed Design of
• Integrated Circuits Systems, Lodz, 555-559,
• -27 Haziran 2009.
• Chen, M., Rosendahl, L.A., Condra, T.J. ve
• Pedersen, J.K., “Numerical Modeling of
• Thermoelectric Generators With Varing Material
• Properties in a Circuit Simulator”, IEEE
• Transactions on Energy Conversion, Cilt 24,
• No 1, 112-124, 2009
• Ortiz-Rivera, E.I., Salazar-Llinas, A. ve
• Gonzalez-Llorente, J., “A Mathematical Model
• for Online Electrical Characterization of
• Thermoelectric Generators using the P-I Curves
• at Different Tempratures”, XXV. Annual IEEE
• on Appied Power Electronics Conference and
• Exposition, 2226 – 2230, 21-25 Eylül 2010.
• Zhou, Y., Paul, S. ve Bhunia, S.,”Harvesting
• Wasted Heat in a Microprocessor Using
• Thermoelectric Generators: Modeling, Analysis
• and Measurement”, Date’08 Design,
• Automation and Test in Europe, 98–103, 10-14
• Mart 2008.
• Xiao, H., Xiaolong, G. ve Chen, Y., “Simulation
• Analysis on Thermoelectric Generator System
• Performance”, VII. International Conference
• on System Simulation and Scientific
• Computing, Beijing, 1183-1187, 10–12 Ekim
• -
• Gaowei, L., Jiemin, Z. ve Xuezhang H., “Output
• Characteristics Analysis of Thermoelectric
• Generator Based on Accurate Numerical Model”,
• Asia-Pacific Power and Energy
• Engineering Conference, 1-4, 28-31 Mart 2010.
• Ahıska, R. ve Dişlitaş, S., “Computer Controlled
• Test System for Measuring the Parameters of The
• Real Thermoelectric Module”, Energy
• Conversion and Management, Cilt 52, No 1,
• -36, 2011.
• Ferrari, M., Ferrari, V., Guizetti, M, Marioli, D.
• Ve Taroni, A., “Characterization of
• Thermoelectric Modules for Powering
• Autonomous Sensors”, IMTC 2007
• Instrumentation and Measurement
• Technology Conference, Warsaw, 1-6, 1-3
• Mayıs 2007.
• Shen, B., Hendry, R., Cancheevaram, J., Watkins,
• C., Mantini, M. ve Venkatasubramanian, R.,
• “DC-DC Converter Suitable for Thermoelectric
• Generator”, XXIV International Conference on
• Thermoelectrics, 529-531, 19-23 Haziran 2005.
• Hsiao, Y.Y., Chang, W.C. ve Chen, S.L., “A
• Mathematic Model of Thermoelectric Module
• with Applications on Waste Heat Recovery from
• Automobile Engine”, Energy, Cilt 35, No 3,
• -1454, 2010.
• Yu, J. ve Zhao, H., “A Numerical Model for
• Thermoelectric Generator with the Parallel-plate
• Heat Exchanger”, Journal of Power Sources,
• Cilt 172, No 1, 428-434, 2007.
• İnternet: National Communications System
• http://www.ncs.gov/library/tech_bulletins/2004/ti
• b_04–1.pdf
• İnternet: Institute of Thermoelectricity
• http://ite.cv.ukrtel.net/altec/eng/main0.htm