Qual è il potenziale dell'integrazione di generatori termoelettrici (TEG) su piastre riscaldanti per recuperare il calore di scarto sotto forma di elettricità?

La parte posteriore di una piastra riscaldante è calda anche con l'isolamento. Questo calore di bassa-gradazione ha generalmente una temperatura troppo bassa per essere sfruttato per fornire energia meccanica, ma i generatori termoelettrici (TEG) possono trasformare direttamente qualsiasi differenza di temperatura in elettricità, che potrebbe essere utilizzata per alimentare sensori wireless o indicazioni LED.

Generazione termoelettrica: l'effetto Seebeck
I generatori termoelettrici utilizzano l'effetto Seebeck, dove una differenza di temperatura tra due diversi conduttori provoca un piccolo potenziale elettrico. È possibile inserire un modulo TEG in un sistema a piastre riscaldanti tra la superficie calda (retro della piastra) e un dissipatore freddo (aria ambiente o piastra raffreddata ad acqua). Gli elettroni fluiranno dal lato riscaldato al lato più freddo, generando una tensione di corrente continua (CC) proporzionale al differenziale di temperatura.

Applicazioni delle piastre riscaldanti
Se un array TEG viene installato sul retro più fresco di una piastra riscaldante in un contesto industriale, potrebbe essere in grado di raccogliere energia sufficiente per alimentare dispositivi a basso-consumo come sensori di temperatura wireless o indicatori LED. Ciò significherebbe che tali dispositivi non richiederebbero più batterie o molti cavi, il che è molto in linea con la tendenza emergente delle applicazioni industriali dell’Internet of Things (IoT). Ad esempio, i sensori di temperatura wireless potrebbero monitorare continuamente lo stato delle piastre riscaldanti e trasmettere i dati ai sistemi di controllo senza richiedere cambi di batteria o cablaggi complessi.

I generatori termoelettrici sono un'applicazione specialistica che fornisce opzioni autoalimentate-per il rilevamento e il monitoraggio, il che è molto importante per le aree in cui è necessario ridurre al minimo i tempi di inattività e la manutenzione. Questo metodo di raccolta dell'energia può essere particolarmente utile nelle applicazioni in cui sono necessari dati in tempo reale-ma dove il cablaggio o le fonti di alimentazione sarebbero proibitivi.

Limitazioni pratiche dei TEG
Tuttavia, esistono diversi limiti con i generatori termoelettrici. L'efficienza dei TEG è relativamente scarsa, spesso compresa tra il 2-5%, il che significa che solo una piccola frazione dell'energia termica viene trasformata in elettricità. Per una piastra riscaldante, la differenza di temperatura tra la parte posteriore riscaldata della piastra (nell'intervallo 50-100 gradi) e l'aria ambiente o una superficie raffreddata ad acqua può dare solo un gradiente di temperatura di 50-100 K. Un differenziale di temperatura così piccolo limita la quantità di energia che può essere prodotta dai TEG.

La potenza elettrica dei moduli TEG è spesso compresa tra milliwatt e pochi-watt, a seconda delle dimensioni del modulo e della differenza di temperatura. In termini di recupero complessivo del calore, non si tratta di un grande risparmio energetico ma è sufficiente per applicazioni a basso consumo come i sensori wireless che consumano una quantità minima di energia.

I TEG aggiungono inoltre complessità e costi al sistema. È necessario creare un gradiente di temperatura efficiente selezionando e posizionando con cura i moduli. L'integrazione dei TEG in un sistema a piastre riscaldanti esistente deve essere pianificata attentamente in modo che la funzione primaria della piastra non venga disturbata.

Considerazioni tecniche
I moduli TEG sono componenti elettronici a stato solido senza parti mobili, il che li rende altamente affidabili per lunghi periodi di funzionamento. Non producono molto calore in sé, quindi possono funzionare in modo efficiente in un'ampia varietà di condizioni. A causa della potenza limitata dei TEG, sono più adatti per situazioni in cui sono necessarie piccole quantità di energia piuttosto che per alimentare apparecchiature o macchinari più grandi.

In sintesi
L'uso di generatori termoelettrici su piastre riscaldanti per il recupero del calore di scarto è una nuova tecnica che promette un rilevamento autoalimentato anziché un recupero energetico su larga scala-. L’energia generata potrebbe essere utilizzata per alimentare sensori wireless e apparecchiature di monitoraggio, diminuendo la necessità di fonti di alimentazione esterne e di sostituzione delle batterie.

I TEG sulle piastre riscaldanti potrebbero non fornire grandi risparmi in termini di recupero energetico complessivo, ma rappresentano un passo avanti verso la visione della fabbrica intelligente in cui i dispositivi possono funzionare in modo autonomo alimentati dal calore che devono gestire. La raccolta di energia è un argomento emergente che integra i programmi di efficienza energetica ed è una direzione promettente per le applicazioni IoT industriali.