applications de la thermoélectricité génération...
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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 1
Applications de la thermoélectricité
Génération
Refroidissement et climatisation
Université de Pau et des Pays de l'Adour France
Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur Appliquées à la Mécanique
et au Génie Electrique (SIAME SIAME EA4581),
Fédération IPRA FR2952
CHAMPIER Daniel
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 2
Thermoelectric (TE) Generators TEG
Générateurs thermoélectriques
Source
chaude source
froide
TE modules
Energie électrique
(<10%)
échangeur échangeur
Convertisseur
électronique
Batterie de
stockage
Convertissent directement une partie de la chaleur qui les traversent en électricité
Efficacité d’un module
.TEWe T 1 zT 1
TcQh Th 1 zTTh
Th Tc Tsh Tsc
. . .TETEG E
H C TE
RWef Ts 1 zT 1TcQh R R R Th 1 zTTh
Efficacité du générateur
.
. . .Max 2 2elec
NSW T
8L
Dependence upon the temperature
difference across the thermoelements
Construction :
number of thermoelements
cross-sectional area
length of each element.
‘‘power factor’’ :
type of TE material
Puissance max d’un module
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Classement des générateurs
• récupération des énergies thermiques perdues : utilisation de
sources chaudes à optimiser
• production en milieu extrême : les sources dédiées au TEG
• production d’électricité décentralisée : sources d’énergies
renouvelables
• microproduction : toutes les sources de chaleurs sont
acceptables
• solaire thermoélectrique : source d’énergie le soleil.
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Récupération d’énergies perdues
1 quad=2.93 1011kWh=1.055x1018J
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Secteur automobile
Thermoelectric technology
for automotive Waste Heat Recovery
Prototypes :
- FIAT
- FORD
- GM
- BMW
- Amerigon
- Renoter (Renault truck Volvo …)
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Thermoelectric technology for automotive Waste
Heat Recovery
Opportunity for Waste
Heat Recovery with
Thermoelectrics
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Thermoelectric technology for automotive Waste
Heat Recovery
Sankey diagram for diesel vehicle
light duty trucks
3% efficiency
mean 0.9kW
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Contexte économique Union Européenne
Objectif pour les véhicules transportant des passagers
130g/km en 2012
Réduction très importante à 95g/km pour 2020
Objectif pour les petits véhicules utilitaires
175g/km en 2014
135g/km en 2020.
Les constructeurs automobiles doivent payer des amendes s’ils excédent les
limites imposées par l’UE :
20€ par gramme supplémentaire et par véhicule à partir de 2012
95€ par gramme supplémentaire et par véhicule à partir de 2020
Emissions de CO2 fixées par l’UE
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Comparaison alternateur et TEG
400-500Welec correspond à une réduction de 6-7g/km CO2
(Fiat Research Center)
Moteur de taille moyenne au gasoil, condition d’autoroute
Puissance thermique dans les gaz d’échappement, 10kW à 600°C,
4-5% efficacité de conversion du TEG, possible avec ZT=1-1.2
suffisant pour garantir 400-500 Wélectrique.
Efficacité de conversion du fuel : énergie chimique énergie mécanique 25-27%
Efficacité de l’alternateur: énergie mécanique énergie électrique 60%
Efficacité de conversion globale : énergie chimique énergie électrique 15-16%
Electricité produite par l’alternateur
Electricité produite par un TEG
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Installation d’un TEG sur un véhicule
- ne pas modifier le point de fonctionnement du moteur
l’échangeur ne doit pas trop perturber l’échappement des gaz : pertes de charges très
limitées (quelques dizaines de millibars).
- ΔT important mais températures limites des matériaux TE
contrôle commande: capteurs, actionneurs pour détourner
partie totalité des gaz chauds –bypass-
- Energie électrique conditionnée (convertisseur DC/DC)
- Recyclage des matériaux.
- fiabilité à long terme (vieillissement)
- coût économique compétitif.
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Remplacement de l’alternateur par un TEG
- Le générateur doit pouvoir produire environ 3kW d’énergie
électrique soit environ 220A sous 14V
- Conditions difficiles : véhicule au ralenti et cycles urbains (très
nombreux arrêts et démarrages)
- Des conditions ambiantes -30°C à +50°C
- Pics de courants
- Réduire la consommation, le poids et le coût par rapport au couple
classique alternateur/batterie.
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Ford
Half-Heusler + Bi2Te3segmented TE elements
Anticipated power: ~500 Watts (peak)
TEG on a Ford Fusion with 3.0L V-6 Engine
the exhaust
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Ford Packaging for Prototype TEG
TEG
FlexCoupling
Underfloor Catalyst
To Exhaust
To Exhaust
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FORD
C. Maranville “ Thermoelectric opportunities for light-duty vehicles.” Ford Motor Company 2012
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FORD : TEG performances for a 100km/h cruise
C. Maranville “ Thermoelectric opportunities for light-duty vehicles.” Ford Motor Company 2012
A bypass is necessary to protect the TEG
Anticipated power: ~500 Watts (peak) !!!
Température des gaz
Welec
105km/h
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General Motor
2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf
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GM project may 2011
This module could capture waste heat in car's exhaust and convert it to energy, improving fuel economy in a
Chevy Suburban by 3%.
Computer models show the device could generate 350 to 600 watts for city and highway driving, respectively.
General Motors Thermoelectric Generator
Vehicle Selection : Chevy Suburban
2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf
Finalize design of prototype TEG
only Bi2Te3 modules by-pass valve set point temperature
for the heat exchanger is about 250°C.
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GM : Instrumented TEG and Results
Temperature of the heat exchanger is
250°C for a temperature of exhaust gas
around 400°C
2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf
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GM : Instrumented TEG and Results
Temperature variation along the Teg // to the exhaust
gas flow is significant
Front 250° Middle 178° Rear 148°
Temperature variation transverse to the exhaust gas
flow is low < 3°C
2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf
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2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf
GM : Instrumented TEG and Results
Open circuit voltage are consistent with a 50°C smaller ΔT than
measured between the heat exchanger and the coolant
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G. P. Meisner, “Skutterudite thermoelectric generator for automotive waste heat recovery,” in 3rd Thermoelectrics Applications Workshop 2012
GM : future work
Expected Output power 425 Watts !
Improved skutterudite TE materials
Refine TEG design :thermal and electrical interface, bonding …
Electrical power conditioning (avoid impedance mismatch)
First experiment 19W with few modules and small ΔT
extrapolated to 235 Watts in optimum conditions
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BMW
2012 Boris Mazar State of the Art Prototype Vehicle with a Thermoelectric Generator
Bi2Te3
Bi2Te3
PbTe
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BMW
BMW 535i (US)
Bi2Te3TEG (2007)
High-temperature TEG Pmax=300W (2009)
2011 Dr. Andreas Eder Efficient and Dynamic –The BMW Group Roadmap for the Application of Thermoelectric Generators
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Emplacements possibles pour les TEG
L’EGR consiste à réinjecter une
partie des gaz d'échappement dans
le collecteur d'admission. Ce
dispositif permet de diminuer la
production d’oxyde d’azote.
Les gaz doivent être refroidis.
système de recirculation des gaz d'échappement,
(EGR pour Exhaust gas recirculation) :
Avantages
échangeur existant
vanne de régulation existante
Liquide de refroidissement présent
Intégration facile
Inconvénient
Puissance plus faible (5 à 35%)
Echappement :
Avantages
Puissance importante
Inconvénients
Nécessite des échangeurs
Nécessite d’apporter le liquide pour refroidir
Nécessite un bypass
Intégration
A. Eder, BMW group, thermoelectrics applications 2011
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BMW
L’unité EGR-TEG est constituée d’un TEG
et d’un refroidisseur conventionnel.
conventional
cooler section.
TEG section
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AMERIGON (BMW et Ford)
Cylindrical TEG
TEGs were installed in a BMW X6 and a Ford Lincoln MKT with at least
450W of power output achieved in road tests for both vehicles.
D. Crane, “Thermoelectric generator performance for passenger vehicles” 2012
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Renault Trucks, Volvo … Projet RENOTER
“Récupération d'ENergie à l'échappement d'un mOteur par ThERmoélectricité”
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Renault Trucks, Volvo
Choice of Silicide's
- N-type : Mg2Si
- P-type : MnSi1.77
Advantages disadvantages
Non-toxic materials Moderate ZT
Light density (2-4) Mg2Si type P not
available
Abundant raw materials Current doping of Mg2Si
in project
Support high exhaust
temperature (> 600°C)
P and N have different
mechanical properties
Successful lab. production of the legs for
the project prototype
2012 Luc Aixala RENOTER project presentation
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Renault Trucks Joint Company -Volvo Group
•Design original du TEG compatible avec différents TE matériaux
•Objectif 1kW (camion) and 300W (voiture) possible pour cette année (2011)
• Application de masse en vue mais cela va prendre du temps
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Aircraft Thermoelectric Applications
Aircraft engine waste heat harvesting has large potential payoffs
How can Thermoelectric Contribute?
Turboprop Turbine à gaz + hélice
Turboshaft Turbine à gaz + arbre de transmission
Turbofan Moteur à réaction
2009 James Huang,Boeing Research & Technology
Fuel Reduction
Preliminary analysis showed that 0.5% or more fuel reduction is achievable
Operating Cost Reduction
Average monthly fuel costs for U.S. commercial planes is $2.415B for the first 4 months of 2009 (Source: EIA)
A 0.5% fuel reduction translates into $12.075M monthly operating cost reduction
Advantages Disadvantages
•Provides electrical power from waste heat – no fuel
burn and no moving parts
• Operates over the entire aircraft flight envelope
• Operates independent of engines and does not
affect engine operations
•New technology and unproven
•Cost & efficiency; further development is needed
•Power output limited by available waste heat, space,
device efficiency.
Watt per kilo?
Acceptable 0.15 kW/kg
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Applications maritimes
Supertanker, vraquier, porte container
Nombreuses sources de chaleurs perdues
Moteur principal
(fuels de très mauvaise qualité)
Moteurs auxiliaires
Incinérateur
( résidus de combustion du fuel machine
représentant environ 2% du fuel utilisé)
Main d’œuvre extrêmement chère.
Source froide entre 5°C et 28°C
quasiment infinie (eau de mer)
Pas de contrainte de place, ni de poids
Chaleur déjà utilisée pour
•réchauffer les huiles lourdes
•chauffer le bateau
•Production d’eau douce
Ne fonctionnent pas tout le temps
Fonctionne 12h à 20h / jour
Turbine à vapeur : cout
humain trop important Générateur
Thermoélectrique
Kristiansen : incinérateur 850kW, calcul : 38kW électrique cout 2,7US$/W.
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Applications maritimes
Potentiel important :
Moteurs puissants
Source froide disponible
Le poids n’est pas une contrainte
Maintenance couteuse
Utilisation des systèmes développés pour l’automobile ou
l’aviation sans les contraintes de poids.
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Récupération d’énergies perdues : conclusions
Automobiles
Complément de l’alternateur : imminent
Remplacement de l’alternateur : challenge
Aviation
Beaucoup de recherches encore …
Bateaux
Prometteur
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Production d’électricité en milieu extrême
applications critiques exigeantes :
une source d’énergie extrêmement fiable sur des périodes très longues.
conditions climatiques extrêmes:
très chaudes,
très froides,
très humides,
très sèches.
maintenance la plus faible possible
accès en hélicoptère
plusieurs heures de trajet
maintenance inexistante dans le cas des expéditions spatiales.
fonctionnement dans le vide
fortes vibrations.
peu sensible aux radiations.
Le coût du watt n’est pas primordial
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Applications spatiales
Première utilisation d’un générateur thermoélectrique (Pb -Te) : 1961
satellite de navigation Transit (1961) de la U.S. Navy.
SNAP-3 (Space Nuclear Auxiliary Power) générateur auxiliaire nucléaire spatial
Puissance électrique ~2,7 watts
a fonctionné pendant plus d’une quinzaine d’années
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Applications spatiales
générateurs thermoélectriques radio-isotopiques
RTG Radioisotope Thermoelectric Generator
Les générateurs radio-isotopique utilisent la chaleur résultant de la
désintégration radioactive naturelle du plutonium 238 dioxyde de plutonium 238PuO2.
http://solarsystem.nasa.gov/rps/rtg.cfm
GPHS : General Purpose Heat Source module
238Pu fuel pellet
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Applications spatiales
T. Caillat et al 23rd rd Symposium on Space Nuclear Power and Propulsion STAIF 2006Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology
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Applications spatiales
T. Caillat et al 23rd rd Symposium on Space Nuclear Power and Propulsion STAIF 2006 Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology
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Applications spatiales
http://solarsystem.nasa.gov/rps/rtg.cfm
Un des trois RTG de Cassini avant montage
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Applications spatiales
Radioisotope Thermoelectric Generator RTG
Electric Power at beginning
of mission per RTG
Number of RTG
Mission destination year design
lifetime lifetime
Space Nuclear Auxiliary Power SNAP-3 PbTe
2,7 Watts 1 Transit satellite de navigation 1961 15 years
SNAP-19B RTG PbTe-Tags 28.2 Watts 2 Nimbus III meteorological satellite 1969
SNAP-19 RTG PbTe-Tags
42.6 Watts 2 Viking 1 Mars landers 1975 90 days 6 years
2 Viking 2 Mars landers 1975 90 days 4 years
40.3 Watts 4 Pioneer 10 Jupiter, asteroid belt 1972 5 years 30 years
4 Pioneer 11 Jupiter Saturn 1973 5 years 22 years
SNAP-27 RTG PbSnTe
70 Watts Apollo 12, 14,
15, 16 , 17 Lunar Surface
1969-72
2 years 5-8 years
Multi-Hundred Watt (MHW) RTG SiGe
158 Watts 3 Voyager 1 & 2 edge of solar system 1977 still operating over 30 years
General Purpose Heat Source (GPHS) RTG
SiGe 292 Watts
2 Galileo Jupiter 1989 14 years
3 Cassini Saturn 1997 still operating after 14 years
1 Ulysses Jupiter 1990 21 years
1 New Horizons Pluto, Kuiper Belt 2006 still operating after 6 years
Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator
MMRTG PbTe-Tags 110 Watts 1 Curiosity Mars Surface Aug 2012 2011
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Applications spatiales
Les générateurs thermoélectriques radio-isotopiques
• Compacts
• Sources d’énergie continue
• Utilisés dans l’espace lointain depuis plusieurs décennies
• Fiables
• Utilisent un combustible nucléaire relativement facile à
manipuler Curium-244 et Plutonium-238
• Matériaux utilisés : PbSnTe , PbTe-TAGS , SiGe
Conclusion
Recherches actuelles :
• Amélioration des performances des matériaux éprouvés :
diminution de la conductivité du réseau
• Zintl, skutterudites, couples segmentés.
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Remote Power Solutions
Production en lieu isolé
REJECTED
HEAT
500 Watts 24 Volts
Natural Gas 48m3/day
Propane 76L/day or 38kg/day
COOLING
FINS
EXHAUST
OUT
LOAD
FUEL IN
T
E
G
F
L
A
M
E
Oil or gas pipelines
Well sites
Offshore platforms
Telecommunications sites
Communications systems
….
Critical application requiring highly reliable power
Low maintenance required
Long life
Extreme climatic conditions (hot, cold, wet, dry)
Remote locations
Propane 38kg/day
Heating Value 50MJ/kg Energy per day= 1900MJ=527kW.h
500 W electric Energy per day= 12 kW.h Efficiency : 2.2 %
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Remote Power Solutions
500 Watts 24 Volts
Natural Gas 48m3/day
Propane 76L/day or 38kg/day
Pipeline: 550 watts
communications system
Andes Mountains, Chile
Off shore: 200 watts
communications and safety
equipement, multiple systems
- Thailand
Critical application requiring highly reliable power
Low maintenance required
Long life
Extreme climatic conditions (hot, cold, wet, dry)
Remote location Telecommunications:50 watts
helicopter access only,
emergency communications system
- Rocky Mountains, Canada
Pipeline:
5000 watts for SCADA
communications and cathodic
protection of gas pipeline - India
Niche market for TEG
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Remote Power Solutions
electrical output of a Model 5060 TEG
Maximum Power for an
electrical load between
0.4 and 0.9 ohm
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Pays en développement Biomasse principale source d’énergie
(cuisson, chauffage, eau chaude)
Pays développés Le raccord au réseau n’est pas toujours économiquement
intéressant
Biomass stoves
Combined Heat and Power (CHP)
Production d’électricité décentralisée
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 46
• La biomasse est utilisé pour les besoins de bases : cuisson,
• Besoin d’électricité pour s’éclairer, téléphone portable,
• La biomasse est brulée dans des foyers ouverts – Efficacité très faible : déforestation, réchauffement climatique
– Très fortes émissions de polluants problème sanitaire grave
• L’ajout d’un ventilateur augmente le rapport air/combustible : combustion presque – Grande efficacité
– Moins de polluants
– Extraction par un conduit horizontal (pas besoin de percer les toits, ni longs tuyaux)
• Raccord au réseau électrique Coût de construction de 300$ à plus de 4000$
Coût de la distribution de 0.07$ à 5,1$ par kW.h
• Les générateurs thermoélectriques sont une solution très intéressante pour fournir un peu d’électricité.
1,4 milliard
d’hommes
sans électricité
dans le monde
Cuisinières, Poêles à bois
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 47
Review of thermoelectric generators
for cooking stoves
Author Heat sink (cold side) Type of module * Power per
module
Nuwayhid 2003 Natural air cooling Peltier 1W
Nuwayhid 2005 Natural air cooling Seebeck 4.2W
Nuwayhid 2005 Heat pipes cooling Seebeck 3.4W
Lertsatitthanakorn 2007 Natural air cooling Seebeck 2.4 W
Mastbergen 2007 Forced air cooling (1W) Seebeck + 4W regulated
“BioLite” 2009 Forced air cooling (1W) Seebeck + 2 W
Champier “TEGBioS “ 2009 Water cooling Seebeck 5W
Champier “TEGBioS II“ 2010
Water cooling
Seebeck
9.5W
7.5 W regulated
Rinalde 2010 Forced water cooling (?W) Seebeck 10 W
Bismuth Tellurid (Bi2Te3)
* Peltier :
The temperature difference is limited due to the maximum temperature supported by the solder
The geometry is optimized for cooling and not for power generation.
* Seebeck
The hot side work at a temperature as high as 260°C continuously.
The geometry is optimized for power generation
Heat source : hot gas
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 48
“Planète Bois” cuisinière multifonction
10 kW consommation de bois
2.4 kW utilisé pour chauffer l’eau 4.5 kW chauffage de la pièce
0.9 kW cuisson
Idée : installer un TEG en cogénération pour le chauffage de l’eau
et pour produire de l’électricité
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 49
“Planète Bois” Cook stoves
hot incoming combustion gas
pyrolyzing chamber
water tank 18 liters
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 50
Avantages du TEG
Ne nécessite pas d’énergie supplémentaire
• utilise le flux entre les gaz de combustion et le ballon d’eau chaude
• une faible partie est convertie en électricité
Inclus dans la cuisinière
• pas de câble électrique vers l’extérieur ( panneaux solaires)
• pas de manipulation de batteries
Maintenance très faible:
• pas de pièces en mouvement,
• tout est dans la maison,
• nettoyage des échangeurs (2 fois par an).
Le générateur produit dès qu’on met en route le poêle, chaque jour quelque
soit le temps (nuageux, mousson..) panneaux solaires.
La batterie n’a pas besoin d’être surdimensionnée : chaque cuisson (2 fois par
jour) recharge. panneaux solaires.
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 51
TE générateurs au SIAME.
Cycle Cycle de
laboratoire
Une cuisson Journée type 1
2 cuissons
Journée type 2
2 cuissons (1 longue)
Energie produite 6,7 Wh
24 kJ
14,1 Wh 28,3 Wh 43,1 Wh
Exemple
d’utilisation
Ventilateur
1 charge de tél.
portable
2 h de lumière
Ventilateur,
2 charges de tél.
portable
4h de lumière
Ventilateur,
2 charges de tél.
portable
7 h 20min de lumière
* Batterie téléphone 3.7V, 1050mAh et lumière LED 4W
Nombre de système >5 >100 >1 000
Prix (€) 205€ 122€ 72€ Etude économique
Les TE générateurs sont une solution économiquement viable pour ces populations isolées et à faibles revenus.
Laboratory prototype
Essai avec un brûleur gaz.
Stockage dans un batterie 6V avec MPPT DC/DC
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 52
thermoelectric generators for cooking stoves
Biolite
USB
2W 5V
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 53
Biolite
HomeStove and CampStove
Ghana
Lake Brassua (Maine)
129$
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 54
Combined Heat and Power (CHP) with TEG
Automatic Pellet Furnaces, especially Small Scale Combustion Units
Market
East of Europe and North-America
because of unreliable Electric Power Grids
Stove with TEG 400
Max: 8 kWth, 100 Wel
Air cooling
Boiler with TEG 400
Max: 12 kWth, 300 Wel
Water cooling
Outlook BIOENERGY 2020+
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 55
Combined Heat and Power (CHP) with TEG
Module 8cmx8cm
TEG
Biomass CHP
(pellets)
BIOENERGY 2020+
Location Wieselburg 100km from Vienna !
Decentralized production for decentralized utilization
Production of electricity during periods of high heat demand
and low offer of other renewable energies:
• During winter
• Whilst twilight or night
• During times without sun and wind
Fuel heat output: 10 kW
Nominal electric power: 200 - 400 W
• 8 plates, each with 2 modules
• Positioned around flame
• Heated from inside, cooled from outside
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 56
Autonomous Gas Heaters
2011 M. Codecasa Design and development of a teg cogenerator device integrated in self standing gas heaters
Heater 8kW
Thot 305°C
Tcold 125°C
Power 7.8W
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 57
Energy Harvesting for Low Power Electronics
http://www.micropelt.com
Modern wireless sensor modules require only ~100 W -10mW
Micropelt thermogenerator offers a high density of up to 100
thermoelectric leg pairs per mm2
4.2mmx3.3mmx1mm
200 C max.
Electrical:
•Thermo-Voltage: uTEG = 0.14 V/K
•Electrical Resistance: RTEG ~ 350
•Thermal Resistance: Rth = 12,5 K/W
Take a small portion of a lost flow of ‘primary’ energy, and convert it into a small flow of USEFUL
electrical energy.
Every technical process produces waste heat
5mW is enough for most microsensor
Micropelt MPG-D751
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 58
Energy Harvesting for Low Power Electronics
http://www.micropelt.com
Emerson WiHART
Differential Pressure Transmitter
ABB Technology Demonstrator
•Self-powered WirelessHART temperature
transmitter
•Fully integrated thermogenerators
•Powered by Micropelt TEG & boost technology
Applications :
Wireless sensors
Data loggers
Direct valve control
Wireless pneumatic control
Use heat from 15 mm pipe
Output power 3.5mw
at 60°C and ambiant 25°C
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 59
Energy Harvesting for Low Power Electronics
www.nextreme.com
thermobility™ wpg-1
wireless power generator
D. Samson, “Aircraft-specific thermoelectric generator module, 2010
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 60
Le solaire thermoélectrique
Solar Thermoelectricity
Chaleur à travers une jambe thermoélectrique :
5 21001 10 W/m
0.001
Tq k
L
-1 -11 W.m Kk
100T K
0.001L m
Rayonnement solaire: ~ 1 000 W/m2
Il faut concentrer environ 100 fois
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 61
Solar Thermoelectrics
1000°C
SiGe
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 62
Réfrigération et climatisation
thermoélectrique
TEC thermoelectric cooler
Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 63
Réfrigération et climatisation thermoélectrique
http://www.ferrotec.com
Générateur électrique continu appliqué à un module TE : flux de
chaleur
Une face est refroidie, l’autre est réchauffée.
Phénomène réversible si on change le signe de la source.
Conséquence : utilisation en refroidissement, chauffage et
régulation de température
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• absence de pièces mobiles: peu de maintenance.
• grande fiabilité
• petite taille compresseur
• Ils peuvent remplacer les dissipateurs thermiques lorsqu’il est
nécessaire de refroidir en dessous de l’ambiant.
• Aptitude à chauffer et à refroidir
• Régulation très précise de la température de température précise (+/-
0,1°C) : simple à piloter à l’aide d’un régulateur (comportement linéaire)
• Absence de parasite électrique par opposition au compresseur
• Absence de bruit
• Fonctionnement dans toutes les orientations.
• Alimentation électrique simple : une simple source électrique continue
convient.
• Refroidissement ponctuel : un module Peltier peut refroidir juste une
zone ou un composant spécifique. Inutile de refroidir l’ensemble de la
pièce ou d’utiliser une enceinte.
Réfrigération et climatisation thermoélectrique
avantages
inconvénients
• chute du COP lorsque la différence de température augmente
• dépendance élevée à la température ambiante
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Thermoelectric optoelectronics applications
http://www.tec-microsystems.com
Application of TE solutions :
optoelectronic devices such as diode lasers,
superluminescent diodes (SLD), various photodetectors,
diode pumped solid state lasers (DPSS), charge-coupled
devices (CCDs).
TEC sub-assemblies provide a temperature-controllable,
uniform-temperature, high-emissivity surface used in
calibrating infrared (IR) detector arrays and FLIR systems.
(Infrared Cameras & Thermal Imagers )
Infrared Cameras
Miniature Thermoelectric Coolers for Telecom Applications
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Réfrigération petite puissance (<500W)
TE Technology AC-027
Air Coolers 1) Select ambiant
2) Select system temperature
3) Read the heat the system can removed
desired system temperature : -10°C
Heat removed : 5 W
12V 4,6 A Fans 0.8A Pe=65W
If more heat to be removed, the desired temperature
could not be reach
desired system temperature : 25°C
Heat removed : 24 W
12V 4,6 A Fans 0.8A Pe=65W
COP = 0.08
COP = 0.37
Exemple : ambiant 25°C
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Exemples de réfrigérateur
Mis à part un petit ventilateur, cette glacière thermoélectrique
n'a pas de pièces mobiles susceptibles de s'user ou tomber
en panne. Insensible à l'inclinaison, aux chocs ou aux
vibrations (causes de pannes des réfrigérateurs classiques).
Le TEG, gros comme une boîte d'allumettes, offre la
puissance de refroidissement d'un bloc de 5kg de glace.
Un simple interrupteur transforme le réfrigérateur en
réchauffeur pour casserole, hamburger ou biberon koolatron
Koolatron 12 Volt Coolers and Warmers
heat or cool your lunch and beverages.
koolatron
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Climatisation des véhicules
Groupe Ford : Thermoelectric HVAC
(Heating, Ventilation and Air-Conditioning)
Climatiser localement le chauffeur et les
passagers