I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7 ,   p p .   917 ~ 9 2 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 2 . p p 9 1 7 - 925          917       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Perf o r m a nce   A na ly sis  of ( Bi 2 Te 3 - P bTe)  H y brid Th e r m o ele ctric   G enera tor       Appa du ra i A n it ha   Ang eline 1 ,   J a y a ra j   J a y a k u m a r 2 ,   L a za rus   G o d s o n As irv a t ha m 3   1, 2   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   E lec tro n ics   En g i n e e rin g ,   Ka ru n y a   Un iv e rsit y ,   T a m il   Na d u ,   In d ia   3   De p a rtm e n o f   M e c h a n ica En g in e e rin g ,   Ka ru n y a   Un iv e rsit y ,   Ta m il   Na d u ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   6 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma y   4 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma y   18 ,   2 0 1 7       A   th e o re ti c a a n a l y sis  o n   th e   p e rf o r m a n c e   o f   (Bi 2 Te 3 - P b T e h y b rid   th e rm o e lec tri c   g e n e ra to ( T E G )   is  p re se n ted   in   th is  p a p e r.   T h e   e ff e c   o f   d if fe re n p e rf o r m a n c e   p a ra m e ters   su c h   a o u tp u v o l tag e ,   o u t p u c u rre n t,   o u t p u t   p o w e r,   m a x i m u m   p o w e o u tp u t,   o p e n   c ircu it   v o lt a g e ,   S e e b e c k     co - e ff icie n t,   e lec tri c a r e sista n c e ,   th e rm a c o n d u c tan c e ,   f ig u re   o f   m e rit ,   e ff ici e n c y ,   h e a a b so rb e d   a n d   h e a re m o v e d   b a se d   o n   m a x i m u m   c o n v e rsio n   a n d   p o w e e ff ici e n c y   h a v e   b e e n   a n a ly z e d   b y   v a r y in g   th e   h o sid e   tem p e ra tu re   u p   t o   3 5 0 o a n d   b y   v a r y in g   th e   c o ld   sid e   tem p e ra tu re   f ro m   3 0 o C   to   1 5 0 o C.   T h e   re su lt sh o w e d   th a a   m a x im u m   p o w e o u tp u o f   2 1 . 7   W   h a b e e n   o b tai n e d   w it h   th e   u se   o f   o n e   h y b rid   th e rm o e lec tri c   m o d u le  f o a   te m p e ra tu re   d if fe re n c e   o f   3 2 0 o b e tw e e n   th e   h o a n d   c o l d   sid e   o f   th e   th e rm o e le c tri c   g e n e ra to a m a tch e d   lo a d   re sista n c e .   T h e   f ig u re   o f   m e rit   w a fo u n d   t o   b e   a ro u n d   1 . 2 8   w h ich   m a k e it u sa g e   p o ss ib le   i n   t h e   in term e d iate   tem p e ra tu re   (2 5 0 o to   3 5 0 o C)  a p p li c a ti o n su c h   a h e a ti n g   o f   Bio m a ss   wa ste ,   h e a f ro m   Bio m a ss   c o o k   sto v e o wa ste   h e a re c o v e r y   e tc.  It  is  a lso   o b se rv e d   th a t   th e   h y b rid   th e rm o e lec tri c   g e n e ra to r   o f fe rs  su p e rio p e rf o r m a n c e   o v e 2 5 0 o   o f   th e   h o sid e   tem p e ra tu re ,   c o m p a re d   to   sta n d a rd   Bi 2 Te m o d u les .   K ey w o r d :   Fig u r o f   m er i t   P er f o r m a n ce   p ar a m eter s   P o w er   g e n er atio n     Seeb ec k     T h er m o elec tr ic  g e n er ato r   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A p p ad u r ai  A n ith An g eli n e   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics   E n g i n ee r in g ,   Kar u n y U n iv er s it y ,   C o i m b at o r   6 4 1 1 1 4 ,   T am il Na d u ,   I n d ia .   E m ail:  a n it h a_ an g eli n e@ k ar u n y a. ed u . i n       1.   I NT RO D UCT I O N   T h n o n - r e n e w ab le  en er g y   r es o u r ce s   ac co u n f o r   8 5 o f   w o r ld s   en er g y   f u els  [ 1 ] .   T h ey   ar n o o n l y   u s ed   f o r   p o w er   g e n er atio n ,   b u al s o   f o r   d o m est ic  n ee d s ,   tr an s p o r tatio n   p u r p o s es   an d   s o   o n .   Hen ce   t h e y   ar e   g etti n g   d ep leted   at  f aster   r at [ 2 ] .   A s   p r o p o s ed   b y   th I n t er n atio n al  E n er g y   Ag en c y   P o licies,  o n l y   2 0 o f   th n o n - r en e w ab le  e n er g y   r es o u r ce s   w ill  b a v ailab le  f o r   el ec tr ic  p o w er   g e n er atio n   b y   t h y ea r   2 0 5 0 .   Hen ce ,   th w o r ld s   elec tr icit y   s u p p l y   n ee d s   to   b f lip p ed   f r o m   6 8 f o s s i f u els  to   6 5 r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   [ 3 ] .   P o w er   g en er ated   u s i n g   B io m ass   r eso u r ce s   ar v er y   le s s   a n d   h en ce   m u ch   r esear ch   i s   n ee d ed   to   ex p lo r th p o s s ib ilit ies  o f   i n cr ea s i n g   t h elec tr ic  p o w er   p r o d u ctio n   b y   u tili zi n g   th av ai lab le  r eso u r ce s   ef f ec tiv e l y .   T h is   r en e w ab le  en er g y   ca n   a ls o   b ter m ed   as  g r ee n   o r   clea n   en e r g y   [ 4 ]   as  it  r esu lts   i n   les s   ca r b o n   em i s s io n   [ 5 ] ,   th er eb y   r ed u c in g   g r ee n   h o u s g as   e m is s io n s   [ 6 ] - [ 7 ]   an d   h en ce ,   r ed u ce d   ef f ec t s   o f   g l o b al  w ar m in g   [ 8 ] .     T h u s o f   b io m as s   w as te  h ea is   p r o p o s ed   to   b an   ef f ec ti v m et h o d   f o r   p o w er   g en er atio n .   Fo r   s m al l - s ca le   p o w er   p r o d u ctio n ,   th er m o ele ctr ic  g en er ato r s   ( T E G‟ s )   ev o lv as  p r o m is in g   s o u r ce   o f   tech n o lo g y   [ 9 ] .   T h er m o elec tr ic  g e n er ato r s   ar e   s o lid - s tate  s e m ico n d u c to r   d ev ices   w h ich   ca n   co n v er d ir e ct  h ea t   to   elec tr ical   p o w er   [ 1 0 ] .   T h m aj o r   ad v an tag e   o f   t h ese   d ev ices   i s   t h a th e   h ea d o es  n o h a v to   b o f   h i g h er   g r ad   to   b co n v er ted th u s ,   t h e y   ca n   b u s ed   to   r ec o v er   th e n er g y   th a is   r ej ec ted   as  w a s te  h ea t   to   th at m o s p h er e.   T h ey   p r o v id lo n g   ter m   p as s iv s o lu tio n   to   p r o d u c elec tr icit y   f r o m   w aste  h ea t   o b tain ed   f r o m   a n y   p r o ce s s .     T h b en ef it s   o f   t h T E   tech n o lo g y   o v er   o th er s - n o   m o v in g   p ar ts ,   h i g h   r eliab ilit y ,   lo w   m ai n te n an ce ,   co m p eti tiv p r ice,   lo n g   li f e,   ea s y   i n s tallatio n ,   co n ti n u o u s   o p er atio n ,   q u iet  an d   e n v ir o n m e n tal  f r ien d l y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   9 1 7     9 2 5   918   [ 1 1 ] - [ 1 2 ] .   On s ig n i f ica n d i s ad v an tag o f   th T E G‟ s   is   th lo v w   th er m o e lectr ic  co n v er s io n   e f f icien c y .   Ho w e v er ,   t h is   w ill   n o   lo n g er   b m aj o r   is s u b ec a u s o f   i ts   lo w   g en er atio n   co s o r   ev e n ,   n o     co s [ 1 3 ] - [ 1 4 ] .   Ma n y   r e s ea r ch er s   h a v in v est ig ated   th e   m et h o d s   o f   e f f ec t iv e   p r o d u ctio n   o f   elec tr ical   p o w er   f r o m   v ar io u s   s o u r ce s   o f   h ar v e s ted   w a s te  h ea u s i n g   t h er m o e lectr ic  g en er ato r s .   T h s u m m ar y   o f   t h f in d i n g s   ar d is cu s s ed :   L i u   et  al.   [ 4 ] ,   ex p er im e n tall y   co m p ar ed   d if f er en s e m ico n d u cto r   m ater ial s   an d   co n c lu d ed   th at  B i2 T e3   s e m ico n d u c to r   w ith   l ess   i n s u lato r   p late  th ic k n es s   w a s   co n s id er ed   to   b ec o n o m icall y   f ea s ib le  w it h   h ig h e s p o w er   co s t   r atio .   A   m o d el   w as   p r o p o s ed   to   g en er ate  5 0 0 W   o f   elec tr ical  p o w er .   T h co s o f   T E s y s te m   w as  lo w er   th a n   t h o s o f   P an d   w i n d   p o w er   s y s te m s .   Sh a u g h n es s y   et  a l.  [ 1 5 ]   in teg r ated   th er m o elec tr ic  g en er ato r   w it h   co o k in g   s to v e.   T h ese  g e n er ato r   u n its   ar p r ac ticall y   d ep l o y ed   i n   v illa g i n   Ma la w i.  I p r o v id es  th u s er   w it h   t h ab ilit y   to   c h ar g L E lig h ts .   W u   et  al.   [ 1 6 ]   m ad th eo r etica an al y s i s   w it h   w ar m   w as te  h ea s o u r c g iv e n   d ir ec tl y   to   th er m o e l ec tr ic  g en er ato r C h a m p ier   et  al.   [ 1 7 ]   c o n clu d ed   th at  t h o u tp u p o w er   o f   th t h er m o elec tr ic  m o d u le  d ep en d s   m ai n l y   u p o n   th p r ess u r ap p lied   o n   th m o d u le s   co n n ec ted   i n   s er ies .   Go u   et   al .   [ 1 8 ]   em p lo y ed   1 0   s er ies  co n n ec ted   P eltier   m o d u les   an d   f o u n d   th at   t h o u tp u p o w er   o b tain ed   w a s   n o ev e n   s u f f icie n to   d r iv th ax ial  f a n   u s ed   f o r   co o lin g   p u r p o s es.  Kin s e lla  et  al.   [ 1 9 ]   d ev elo p ed   p r o to ty p elec tr ical  g en er ato r   f o r   d eliv er in g   s m all  a m o u n ts   o f   elec tr ici t y .   I t   w as  co n cl u d ed   th at   h ig h er   t h te m p er at u r d if f er e n ce ,   h i g h er   th o b tain ed   p o wer   o u tp u t.  Hs u   et  al.   [ 2 0 ]   co n clu d ed   th at  f o r   an y   t y p o f   T E e m p lo y ed ,   th o u tp u i n cr ea s es  d ep en d i n g   u p o n   th cla m p in g   f o r ce   in   ad d itio n   to   m a x i m u m   p er m i s s ib le  te m p er at u r g r ad i en t.  I w a s   also   s u g g ested   t h a th c la m p i n g   f o r ce   s h o u ld   n o ex ce ed   1 8   k g W ,   else  th e   T E m o d u le  w ill  g et  d a m ag ed .   Xiao   et  al.   [ 2 1 ]   u s ed   m u lti - s ta g m o d u le  w it h   t w o   la y er s   o f   s k u tter id es  p lace d   ab o v e   t h B i 2 Te m o d u le  a n d   co n ce n tr at ed   s o lar   r ad iatio n   a s   h ea s o u r ce .   I w a s   p r o v ed   th at  t h o u tp u d o u b led   w h e n   3 - s ta g m o d u le  w a s   e m p lo y ed .   C h en   et  a l.  [ 2 2 ]   co m p ar ed   P eltier   m o d u l e   an d   Seeb ec k   m o d u le  an d   co n clu d ed   th at  4   P eltier   m o d u les   co n n ec ted   in   s er ies  p r o d u ce d   m o r p o w er   t h an   a   s in g le  Seeb ec k   m o d u le,   t h er eb y   t h P eltier   m o d u le  b ein g   co s t e f f ec ti v f o r   p o w er   g en er atio n .   N u w a y h id   et  a l.   [ 2 3 ]   c o m p ar ed   th p er f o r m an ce   o f   th r ee   T E G‟ s   an d   r ed esig n ed   t h T E h av in g   lo w   co s t - p o w er   r atio   to   g et   an   en h a n ce d   p o w er   o u tp u t.  Van   s ar k   [ 2 4 ]   u s ed   v er y   l o w   te m p er atu r t h er m o elec tr i m o d u le  f o r   p o w er   g en er atio n .   A   T E w as  at tac h ed   to   th b ac k s id o f   t h P m o d u le.   T h p o w er   o u tp u t   d ep en d s   u p o n   t h ir r ad ian ce   v alu e.   I w a s   clea r l y   o b s er v ed   f r o m   t h ab o v m en tio n ed   liter at u r th at,   m o s t   o f   th e   r esear ch er s   h av u s ed   o n l y   B i 2 Te m o d u les  f o r   p o w e r   g en er atio n .   A ls o   t h p o w er   g en er atio n   r ate  i n cr ea s es  w i th   th i n cr ea s i n   t h e   te m p er atu r d i f f er e n ce   b et w e en   t h h o a n d   co ld   j u n ctio n   an d   th c la m p i n g   f o r ce   o f   th t h er m o elec tr i c   g en er ato r .   I w a s   a ls o   o b s er v e d   th at   th e   B i 2 Te th er m o elec tr i g e n er ato r   ca n   b u s ed   f o r   o n l y   lo w   te m p er at u r e   ap p licatio n s   w it h   t h te m p er a tu r g r ad ien o f   u p to   2 5 0 o C .   T h P b T e   th er m o elec tr ic  g e n er ato r   ca n   o n l y   b e   u s ed   f o r   h ig h   te m p er at u r ap p licatio n s ,   w it h   t h te m p er at u r d if f er e n ce   g r ea ter   t h an   3 5 0 o C .   Mo s o f   t h b io m a s s   w aste  h ea t   te m p er a tu r r an g es   b et w ee n   1 5 0 o C   an d   3 5 0 o C .   T h u s e   o f   h y b r id   th er m o elec tr ic   g en er ato r   co m p o s ed   o f   n - t y p e   B is m u t h   T ellu r id an d   p - t y p L ea d   T ellu r id w ith   th o p e r atin g   te m p er at u r es   r an g i n g   f r o m   1 0 0 o C   to   3 5 0 o C   h as  n o b ee n   s t u d ied   s o   f ar .   T h er ef o r e,   in   th e   p r esen t   s t u d y   an   atte m p i s   m ad e   to   an al y ze   t h p er f o r m a n ce   o f   h y b r id   t h er m o elec tr ic  p o w er   m o d u le  ( T E G1 - PB - 1 2 6 1 1 - 6 . 0 ) ,   s u p p lied   b y   T h er m al   E lectr o n ics   C o r p o r atio n ,   C a n ad a.   I is   d esi g n ed   a s   an   i n ter m ed iate   t h er m o elec tr i m o d u le   w it h   h ig h   te m p er atu r b o n d i n g   m a ter ials   t h at  allo w   th e m   to   w i th s t an d   te m p er at u r es  u p to   3 5 0 o C   co n ti n u o u s l y   an d   in ter m itte n t l y   u p to   3 8 0 o C .   T h ef f ec o f   v ar io u s   p er f o r m an ce   p ar a m eter s   s u c h   as  v o lt ag e,   cu r r en t,  o u tp u t   p o w er ,   h ea s u p p lied   an d   h ea ab s o r b ed   at  m a x i m u m   p o w er   an d   co n v er s io n   ef f icie n c y   b y   v ar y i n g   th h o s id e   te m p er atu r f r o m   8 0 o C   u p   to   3 5 0 o C   an d   v ar y i n g   th e   co ld   s i d te m p er atu r f r o m   3 0 o C   to   1 5 0 o C   o f   t h h y b r id   th er m o elec tr ic  g en er ato r ,   at  d if f er en t lo ad   co n d itio n s   h as b ee n   an al y ze d .       2.   O NE - DIM E NSI O NA L   S T E ADY  ST AT E   ANA L YS I S   T h er m o elec tr ic  g en er ato r s   ar s o lid - s tate  s e m ico n d u cto r   d ev ices  t h at  ca n   co n v er d ir ec h ea i n to   elec tr ical  p o w er   as  lo n g   as  t h e   h o s id is   at  h ig h er   te m p er atu r th a n   th co ld   s id e.   T h th er m o elec tr ic  ef f ec t   in cl u d es  th r ee   i n d iv id u all y   id e n ti f ied   ef f ec t s th Seeb ec k   e f f ec t,  P eltier   ef f ec an d   T h o m s o n   ef f ec t.  A   t y p ical   th er m o elec tr ic   m o d u le  co n s is t s   o f   lar g n u m b er   o f   n - t y p an d   p - t y p p ellet s   co n n ec ted   t o g eth er   b y   m eta l   p late  th r o u g h   s o ld er in g .   C o n v er s io n   o f   te m p er atu r d if f er en ce   d ir ec tly   in to   elec tr icit y   is   t er m ed   as  Seeb ec k   ef f ec t”.   W h e n   c u r r en t   f lo w s   t h r o u g h   j u n c tio n   b et w ee n   t wo   co n d u cto r s ,   h ea i s   e ith er   g e n er ated   o r   r e m o v ed   at  th j u n ct io n .   T h is   is   ter m ed   as  P eltier   ef f ec t”.   T h h ea ti n g   o r   co o lin g   ef f ec o f   cu r r en ca r r y i n g   co n d u cto r   w it h   te m p er at u r g r ad ien i s   d escr ib ed   b y   t h “T h o m s o n   e f f ec t”.   T h T E w o r k in g   p r in cip le  i s   ba s ed   o n   t h t h er m o elec tr ic   ef f ec t.  T h m ater ial s   t h er m o elec tr ic  p r o p er ties   s u c h   a s     elec tr ic  r esis ta n ce ,   th er m a co n d u ctan ce   a n d   See b ec k   co - e f f icie n v ar y   d ep en d in g   u p o n   t h m a n u f ac t u r i n g   p r o ce s s es.  W h e n   a n   ex ter n al  h ea Q ( W )   is   ap p lied   o v er   th h o s id to   cr ea te  te m p er atu r g r ad ien t,  Δ T   ( º C )   b et w ee n   th h o an d   co ld   s id es,  an   elec tr ical  cu r r en t I   ( A )   is   i n d u ce d   in   t h cir cu it.  T h is   is   g i v en   i n   ter m s   o f   Seeb ec k   e f f ec t .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f ( B i2 Te3 - P b Te)   Hyb r id   Th ermo ele ctri Gen era to r   ( A p p a d u r a i A n ith a   A n g elin e )   919   A cc o r d in g   to   Z h an g   et   al.   [ 2 5 ]   it  is   d i f f ic u lt  to   o b tai n   t h m o d u le   p ar a m eter s   el ec tr ic  r esis tan ce - R m th er m a co n d u cta n ce - K m   a n d   Seeb ec k   co - ef f icie n t - f r o m   th T E m an u f ac t u r er s   as  th e y   ar p r o n to   p r o tect  th eir   m a n u f ac t u r in g   m ater ials   an d   p r o ce s s es.  T h m o d u le  p ar am eter s   R m ,   K ca n   b o b tain ed   f r o m   T E m o d u l o p er a tin g   p ar a m eter s .   T h f o llo w i n g   E q u atio n s   ( 1 ) ,   ( 2 )   an d   ( 3 )   c o r r elate   th m o d u le  p ar a m eter s   R m , K a n d   α   w it h   th T E s p ec if icatio n s   d ata  s h ee t.     h m a x m a x m h m a x ( T - Δ T ) V R= TI               ( 1 )     h m a x m a x m a x m h m a x ( T - Δ T ) V I K= 2T ΔT               ( 2 )     w h er e,   Δ T m ax  i s   t h lar g est  te m p er at u r d i f f er e n ce   b et w ee n   th h o an d   co ld   s id es  o f   th e   ce r a m ic  p lates   at  a   p ar ticu lar   h o s id te m p er at u r T ho ,   I m ax   is   t h c u r r en t h at  ca n   p r o d u ce   m a x i m u m   Δ T m ax   ac r o s s   th m o d u l e   an d   V m ax   i s   t h D C   v o ltag e   at   th te m p er atu r d i f f er en ce   o f   Δ T m ax.   T h Seeb ec k   co - e f f ici en t,  as  g i v e n   i n   E q u atio n   ( 3 ) ,   is   d e f in ed   a s   t h r atio   o f   th o p en   cir cu i v o ltag e,   V oc  ( ca n   b o b tain e d   f r o m   t h p r o d u ct   s p ec if icatio n )   to   th d i f f er e n ce   in   te m p er at u r b et w ee n   t h h o a n d   co ld   s id es  o f   t h ce r a m ic  p lates,   hc T T T .   I ts   u n it i s   in   ter m s   o f V / K .     O C o c hc VV T T T                  ( 3 )     T h F ig u r o f   m er it,  Z   d en o t es  t h ab ilit y   o f   m ater ial  to   ef f ec ti v el y   p r o d u ce   th er m o el ec tr ic  p o w er .   Fro m   E q u atio n s   ( 1 ) ,   ( 2 )   an d   ( 3 ) ,   th T E Z - f ac to r   is   g i v en   b y ,     2 mm Z RK                   ( 4 )     T h ab o v E q u atio n s   ar p r o p o s ed   f o r   th er m o elec tr ic  co o ler .   B u t,  s in ce   th th er m o e le ctr ic  co o ler   an d   th e   g en er ato r   h a v t h s a m e   t h er m o e lectr ic  m ater ial  p r o p er ties ,   th e y   ca n   b ap p lied   f o r   T E G   p ar am eter   a n al y s i s   also   [ 1 4 ] .   T h v alu o f   lo ad   r esis ta n ce ,   R L   ca n   b ca lcu lated   u s i n g   E q u atio n s   ( 1 )   an d   ( 4 )   w h ich   w ill b u s ed   to   f i n d   th v a lu o f   c u r r en t.      L a v g R   =   R 1 + Z T                 ( 5 )     w h er e,   Z T avg   i s   g iv e n   b y   t h p r o d u ct  o f   t h f i g u r o f   m er it   Z   a n d   t h a v er ag e   v al u o f   t h h o a n d   co ld   s id e   te m p er atu r es r esp ec ti v el y ,     hc a v g Z ( T T ) ZT 2     T h cu r r en t,  I   th r o u g h   t h cir cu it is   ca lc u lated   u s i n g   E q u atio n   ( 6 )   as g iv e n   b elo w ,     L α Δ T I= R + R                   ( 6 )     w h er e,   is   d ef i n ed   as   t h Seeb e ck   co - e f f icie n t,  T is   t h d i f f er en ce   in   te m p er at u r b et w ee n   t h e   h o a n d   co ld   s id es, hc ( T T ) ,   R L   is   th lo ad   r esis tan c an d   R   is   th in ter n a r esis ta n ce .   T h v o ltag ac r o s s   th lo ad   an d   th elec tr ical  p o w er   o u tp u t c a n   b o b tain ed   u s i n g   t h E q u atio n s   ( 7 )   an d   ( 8 )   as,     V T I R                   ( 7 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   9 1 7     9 2 5   920   2 e l e c t L L α Δ T P = R R + R                    ( 8 )     T h co n v er s io n   e f f icien c y   is   c alcu lated   u s i n g   eq u a tio n   ( 9 )   as,     a v g m c c a c a v g h 1 Z T 1 T 1 Z T T                         ( 9 )     T h p o w er   ef f icie n c y   is   ca lc u l ated   u s i n g   eq u a tio n   ( 1 0 )   as,     a v g m p c a c a v g c a a v g h ZT T 2 2 2 Z T 0 . 5 Z T T             ( 1 0 )     w h er e,   ca is   ter m ed   a s   t h C ar n o ef f icie n c y   g iv e n   b y   T c /T h I d en o tes  t h m ax i m u m   e f f icie n c y   li m it   h ea en g i n ca n   atta in .   I m ai n l y   d ep en d s   o n   th h o an d   co ld   s id tem p er at u r es.  Usi n g   t h ab o v m e n tio n ed   d esig n   E q u atio n s ,   p ar a m e tr ic  an al y s i s   h a s   b ee n   ca r r ied   o u to   an al y ze   t h p er f o r m a n ce   p ar am eter s   s u ch   a s   o u tp u p o w er ,   v o ltag e,   c u r r en t,  Seeb ec k   co - ef f icie n t,  e lectr ical  r esis ta n ce ,   th er m al   co n d u ctan ce ,   h ea t   ab s o r b ed   an d   h ea r e m o v ed   f o r   d if f er en t   lo ad in g   co n d iti o n s   b ased   o n   m ax i m u m   co n v er s io n   an d   p o w er   ef f icien c y .   T h a f o r m e n tio n ed   p ar am eter s   ar ex ac t l y   an al y ze d   b y   d e v elo p in g   M A T L A B   p r o g r a m   an d   b ased   o n   th o b tain ed   r esu lt s   v ar io u s   c h ar ac ter is tic  c u r v e s   a r d r aw n   an d   d is c u s s ed   in   t h f o llo w in g   s ec t io n s .       3.   P E RF O RM ANCE E VA L U AT I O N   A   h y b r id   t h er m o elec tr ic  p o w er   m o d u le  ( T E G1 - PB - 1 2 6 1 1 - 6 . 0 ) ,   co m p o s ed   o f   n - t y p B is m u t h   T ellu r id an d   p - t y p L ea d   T e llu r id s e m ico n d u cto r   m ater ia s u p p lied   b y   T h er m al  E lectr o n ics  C o r p o r atio n ,   C an ad i s   co n s id er ed   f o r   th an al y s is .   T h m ai n   p ar a m eter s   co n s id er ed   f o r   an al y s i s   i n cl u d o u tp u t   v o lta g e,   o u tp u c u r r en t,   o u tp u p o w er ,   m a x i m u m   p o w er   o u tp u t,  o p en   cir c u it  v o lta g e,   Seeb ec k   co - ef f icien t,  elec tr ica l   r esis ta n ce ,   t h er m al   co n d u c ta n ce ,   f ig u r o f   m er it,  e f f icie n c y ,   h ea ab s o r b ed   an d   h ea r e m o v ed   b ased   o n   m ax i m u m   co n v er s io n   an d   p o w er   e f f icien c y .   I f   t h te m p er atu r g r ad ien ac r o s s   t h th er m o elec tr ic  m o d u le  i s   h ig h er ,   t h elec tr ical  o u tp u t   w il b h ig h er .   T h lo ad   r esis tan ce   a ls o   p la y s   m aj o r   r o l in   i n f l u en ci n g   t h e   o u tp u o f   t h th er m o elec tr ic   m o d u le.   T h th er m o elec tr ic   m o d u le   w as   an a l y ze d   f o r   d if f er e n co ld   s id te m p er atu r es   w it h   v ar y in g   h o t   s id te m p er atu r es.   T h lo ad   r esis ta n ce   w a s   i n cr ea s ed   f r o m   m i n i m u m   u p to   1 5   o h m s .   Var io u s   g r ap h s   w er d r a w n   b et w ee n   o u tp u p o w er ,   o u tp u v o ltag e   an d   o u tp u c u r r en w it h   r esp ec to   lo ad   r esis tan ce   f o r   d if f er e n t   v a lu e s   o f   co ld   s id te m p e r atu r e,   T 3 0 /5 0 /8 0 /1 0 0 /1 5 0 o C   as  s h o w n   i f     Fig u r es  1 ,   2   an d   3 .   I w as  f o u n d   th at  t h th er m o e lectr ic   m o d u le  w o r k ed   e f f ic ien t l y   w h e n   th co ld   s id e   te m p er atu r w as  m ai n tai n ed   at  3 0 o C   w it h   v ar y i n g   h o s id t e m p er atu r es.  T h is   is   b ec a u s e   t h o u tp u p o w er   is   d ir ec tl y   p r o p o r tio n al  to   s q u ar e   o f   te m p er atu r d if f er e n ce   an d   th lo ad   r esis tan ce .   Fro m   Fi g u r 1   it  is   e v id e n t h at  m ax i m u m   p o w er   o u tp u o f   2 1 . 7   W   is   o b tain ed   o n l y   w h e n   t h co ld   s id te m p er atu r i s   m ain tain e d   at  m in i m u m ,   T c   3 0 o C.   Fro m   Fi g u r e s   2   an d   3 ,   it  is   s e en   th a t,  at  m a tch e d   lo ad   r esis tan ce ,   t h o u tp u t   v o l tag i s   ab o u 4 . 6 an d   t h o u tp u c u r r en i s   ab o u 4 . 7 A . W h en   T c   is   i n cr ea s ed   b ey o n d   3 0 o C ,   o u tp u p o w er ,   v o ltag a n d   cu r r e n t   o b tain ed   d ec r ea s es,  ev en   a h i g h er   v al u es  o f   te m p e r at u r e   g r ad ien t,  Δ T .   Hen ce ,   it  is   co n clu d ed   th at  f o r   t h an al y s i s ,   t h h o s id te m p er at u r e,   T h   is   v ar ied   in   s tep s   o f   30 o C   f r o m   8 0 o C   to   3 5 0 o C   w h il th co ld   s id tem p er at u r is   m ai n tai n ed   co n s ta n at  3 0 o C   f o r   d if f er en lo ad in g   co n d itio n s .   Fro m   E q u at io n   ( 8 ) ,   th o u tp u p o w er   ca n   b o b tain ed .   T h v ar iatio n   o f   o u tp u p o w er   as  f u n ctio n   o f   elec tr ical  lo ad   f o r   d if f er en v al u es  o f   te m p er at u r g r ad ien ( Δ T )   at  c o n s tan co l d   s id tem p er at u r e     ( T =3 0 o C ) ,   is   g i v en   i n   F ig u r 4 Fro m   Fi g u r 4 ,   it   i s   e v id en t h at   th e   p r ed icted   o u tp u t   p o w er   p er f o r m a n ce   in cr ea s es   w it h   t h co r r esp o n d in g   in cr ea s e   in   te m p er at u r e   d if f er en ce .   T h u s   w ca n   p r o v th a p o w er   i s   p r o p o r tio n al  to   s q u ar e   o f   th e   te m p er atu r d i f f er en ce ,   Δ T 2   an d   w o r k s   b est   w h e n   th e   te m p er atu r g r ad ie n i s   m ai n tai n ed   at  3 2 0 o C .   Hen ce ,   i is   co n clu d ed   th at  th p o w er   in cr ea s es  i n   a n   ex p o n e n tial   tr e n d   an d   is   m a x i m u m   at  m ax i m u m   d i f f er en ce   i n   te m p er at u r b et w ee n   t h h o a n d   co ld   s id es  o f   th ce r a m ic  p lates.  A   m a x i m u m   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f ( B i2 Te3 - P b Te)   Hyb r id   Th ermo ele ctri Gen era to r   ( A p p a d u r a i A n ith a   A n g elin e )   921   21. 7 W   is   o b tain ed   w h e n   th h o s id t e m p er ea tu r i s   at   350 o C   w h ile  t h co ld   s id te m p er atu r is   m ai n tai n ed   co n s ta n t a t 3 0 o C .             Fig u r 1 .   Var iatio n   o f   o u tp u t p o w er   w it h   lo ad   r esis ta n ce   f o r   d if f er en t c o ld   s i d tem p er at u r es     Fig u r e   2 .   Var iatio n   o f   o u tp u t v o ltag w it h   lo ad   r esis ta n ce   f o r   d if f er en t c o ld   s i d tem p er at u r es       T h p lo t b et w ee n   t h o u tp u v o ltag an d   o u tp u cu r r en f o r   v ar io u s   h o s id te m p er at u r es  i s   s h o w n   i n   Fig u r e   5 .   I is   clea r   th at  th er ex is t s   lin ea r   r elatio n s h ip   b etw ee n   th v o lta g an d   cu r r en t.  Fro m   Fig u r e   5 ,   th e f f e c tiv e”   o p en   cir cu it  v o lta g f o r   ea ch   v a lu o f   Δ T   ca n   b o b tain ed   b y   ex tr ap o latin g   th v o lta g v al u es   co r r esp o n d in g   to   ze r o   cu r r en at  th y - a x i s   in ter ce p t.  T h s lo p o f   ea ch   lin r ep r esen ts   th in ter n al  elec tr ica l   r esis ta n ce   o f   th m o d u le   at  s o m p ar ticu la r   m ea s u r i n g   en v ir o n m e n t a n d   ea ch   in ter ce p tio n   o f   th e   y - a x is   a t z er o   cu r r en ( I =0 )   g i v es   th e   o p en   cir cu it  v o ltag e.   Fi g u r e   6   g i v e s   t h p lo b et w ee n   o p en   cir c u it  v o lta g an d   th e   te m p er atu r d if f er e n ce .   I is   s ee n   th at  t h o p en   cir cu it  v o lta g o f   t h s y s te m   i n cr ea s es  w i t h   an   i n cr ea s i n   th e   h o t sid te m p er at u r in   li n ea r   tr en d .             Fig u r 3 .   Var iatio n   o f   o u tp u t c u r r en w it h   lo ad   r esis ta n ce   f o r   d if f er en t c o ld   s i d tem p er at u r es     Fig u r 4 .   Var iatio n   o f   o u tp u t p o w er   w it h   lo ad   r esis ta n ce   f o r   d if f er en t   te m p er atu r g r ad ien t s             T =   30 o C T c 50 o C T =   80 o C T c =   100 o C T c 150 o C 0 5 10 15 20 25 0 3 6 9 12 15 18 O utput pow e r   ( W ) L oa R e sis tanc e   (O hms)   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 3 6 9 12 15 18 T = 30 o C T c = 50 o C T = 80 o C T c = 100 o C T c = 150 o C L oa re sis tanc e   (O hms) Output vol tag e   (V )   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 3 6 9 12 15 18 O utput c ur r e nt  ( A mps) T = 30 o C T c = 50 o C T = 80 o C T c = 100 o C T c = 150 o C L oa re sis tanc e   (O hms)   0 5 10 15 20 25 0 3 6 9 12 15 18 Output powe (W ) L oa re sis tanc e   (O hms) Δ T =   80 o C Δ  =   110 o C Δ  T 140 o C Δ  T =   170 o C Δ  =   200 o C Δ  =   230 o C Δ  T 260 o C Δ  =   290 o C Δ  =   320 o C Δ  =   350 o C Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   9 1 7     9 2 5   922         Fig u r 5 .   Var iatio n   o f   v o lta g w it h   r esp ec t to   cu r r en t     Fig u r 6 .   Var iatio n   o f   o p en   cir cu it v o lta g w it h   r esp ec t to   tem p er at u r g r ad ien t       A cc o r d in g   to   elec tr ical  cir c u it  th eo r y ,   m ax i m u m   o u tp u t i s   r ea ch ed   w h e n   t h elec tr ical  lo ad   r esis ta n ce   m atch e s   w it h   th i n ter n a elec tr ical  r esis tan ce   o f   th t h er m o el ec tr ic  m o d u le.   Hen ce ,   s u b s titu ti n g   R L R   i n     E q u atio n   ( 6 ) ,   ( 7 )   an d   ( 8 ) ,   th eq u atio n s   ar r ed u ce d   to   o b tain   th m a x i m u m   p er f o r m a n ce   p ar a m eter s   a s   f o llo w s     m a x T I 2R                    ( 1 1 )     m a x T V 2                    ( 1 2 )     2 m a x ( T ) P 4R                    ( 1 3 )     Fig u r e   7   g iv es  t h m a x i m u m   attain ab le  o u tp u p o w er   an d   lo ad   v o ltag ch ar ac ter is tics   as  f u n ctio n   o f   o u tp u v o ltag a n d   o p en   cir cu it   v o lta g e.   Fro m   F ig u r e   7   it  is   ap p ar en th at  t h m a x i m u m   p o w er   o u tp u t   in cr ea s es   w it h   a n   i n cr ea s i n   v o ltag in   a   p o l y n o m ial  t r en d .   P o w er   i s   p r o p o r tio n al  to   s q u ar o f   th e   te m p er atu r d i f f er e n ce ,   Δ T 2   an d   s q u ar o f   Seeb ec k   co - ef f i cien t,  α 2 .   A n   in cr ea s e   in   te m p er atu r d if f er e n c e   s h o u ld   h a v a   co r r esp o n d in g   co m p e n s at in g   d ec r ea s e   in   See b ec k   co - e f f icie n t.  B u t   t h co m p e n s atio n   is   v er y   s m al f o r   t h is   co r r esp o n d in g   in cr ea s e.   He n ce ,   an y   c h an g in   te m p er atu r d i f f er e n ce   w il h a v d ir ec t   in f lu e n ce   o n   t h d eliv er ed   elec tr ical  p o w er   o u tp u t.  I also   clea r ly   i n d icate s   t h at  m ax i m u m   p o w er   ca n   b e   o b tain ed   f r o m   th t h er m o elec t r ic  m o d u le  w h e n   th lo ad   v o lt ag eq u als  h alf   t h o p en   cir cu it  v o ltag e.   I n   o r d er   to   ca lcu late  th Seeb ec k   co - e f f icien t,  m e th o d   p r o p o s ed   b y   Hsu   et. al  [ 2 0 ]   is   e m p lo y ed .   T h p r o p o s ed   ef f ec t iv e”   See b ec k   co - ef f icie n m o d el  is   u s e d   to   ca lcu late  th ef f ec t iv e”   S ee b ec k   co - ef f icien u n d er   ac tu al  lo ad   co n d itio n s .   A cc o r d in g   to   Hs u   e al.   [ 2 0 ] ,   th r elatio n s h ip   b et w ee n   v o ltag a n d   c u r r en is   g i v e n   b y   E q u atio n   ( 7 ) ,   ( V T I R ) .   A ze r o   c u r r en t   ( I =0 ) ,   th v o lta g b ec o m e s   m ax i m u m   w h ic h   eq u al s   t h o p en   cir cu it  v o ltag e.   He n ce   t h ter m   α Δ T   b ec o m e s   m ax i m u m   i n   w h ich   “α ”  ca n   b d ef i n ed   as th e f f ec tiv e”   Seeb ec k   co - ef f icien t,  α eff .   D u to   th ab o v co n d itio n ,   E q u atio n   ( 7 )   r ed u ce s   to       oc V α= ΔT             ( 1 4 )     T h ef f ec ti v e”   Seeb ec k   co - e f f icien in d icate s   th ac t u al  b eh av io r   o f   t h th er m o elec tr ic   g en er ato r   s y s te m   u n d er   d if f er e n lo ad   co n d itio n s ,   n eg lec tin g   t h t h er m al  a n d   elec tr ical  co n tact  r es is tan ce s .   R o w a n d   Min   [ 2 6 ]   d ev elo p ed   t h eo r eti ca m o d el  to   ca lcu la te  t h See b ec k   co - e f f icie n ta k i n g   i n to   a cc o u n t   th e   t h er m al   an d   elec tr ical  co n tact  r esis ta n ce s   b et w ee n   th ce r a m ic  p lates.  B u t,  th is   t h eo r etica m o d el  r eq u ir es  th o r o u g h     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 2 4 6 8 10 V olt a g e    ( V) C ur re nt  (A mps) T h =   80 o C T h 110 o C T h =   140 o C T h =   170 o C T h 200 o C T h =   230 o C T h =   260 o C T h =   290 o C T h =   320 o C T h =   350 o C   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 50 100 150 200 250 300 350 O pen  ci r cui t   v ol t ag e ( V ) o p en   cir cu i t v o ltag e T e mper a ture   dif fe re nc e   ( o C Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f ( B i2 Te3 - P b Te)   Hyb r id   Th ermo ele ctri Gen era to r   ( A p p a d u r a i A n ith a   A n g elin e )   923   in f o r m atio n   o f   t h p h y s ical  p r o p er ties   o f   th p - n   p ellets i n   t h th er m o elec tr ic  m o d u le     d etail  th at   is   n o t e asi l y   an d   at  all  tim e s   av ailab le  f r o m   t h m a n u f ac tu r er   o r   s u p p lier .   Hen ce   th ap p r o ac h   ef f e ctiv Seeb ec k   co - ef f icien m o d el”  p r o p o s ed   b y   Hsu   et   al .   [ 2 0 ]   h as   b ee n   e m p l o y ed .   Fig u r e   8   s h o w in g   th e   ef f ec ti v Seeb ec k   co - ef f icien t,  co n s is te n w i th   E q u atio n   ( 1 4 ) ,   is   th u s   r ea lized   at  p ar ticu lar   h o s id te m p er atu r e.   Fro m   t h g r ap h ,   it  is   s ee n   t h at  f o r   ev er y   i n cr e ase  in   te m p er atu r g r ad ien t,  t h er is   o n l y   s m al co r r esp o n d in g   co m p e n s ati n g   d ec r ea s in   Seeb ec k   co - e f f icie n t               Fig u r 7 .   Var iatio n   o f   o u tp u t p o w er   an d   lo ad   v o ltag e     Fig u r 8 .   Var iatio n   o f   Seeb ec k   co ef f icie n w it h   r esp ec w it h   r esp ec t to   o p en   cir cu it v o lta g e   to   te m p er atu r g r ad ie n t       Fig u r e   9   s h o w s   t h t h er m al   c o n d u ctan ce   an d   e lectr ical  r esi s tan ce   o f   th e   m o d u le  w it h   r e s p ec to   th e   elec tr ical  p o w er   o u tp u c h ar ac ter is tics   o f   t h t h er m o elec tr i g en er ato r   s y s te m .   As  t h te m p er at u r g r ad ien t   ac r o s s   th s y s te m   i n cr ea s e s ,   h ea ab s o r b ed   b y   t h m o d u le  in cr ea s es  an d   h e n ce   a n   in cr ea s e   in   o u tp u p o w er   i s   ac h iev ed .   Fro m   Fi g u r 9 ,   it  i s   ev id en th at   th er is   d ec r ea s in   t h elec tr ical  r esi s tan ce   o f   th m o d u le  w h ic h   lead s   to   an   in cr ea s i n   t h o b tain ed   o u tp u p o w er .   Als o ,   t h t h er m al   co n d u c tan ce   o f   t h m o d u le   in cr ea s es   w h ic h   aid s   in   in cr ea s in g   th o u tp u p o w er .   Hen ce ,   th o b tain ed   elec tr ical  p o w er   o u tp u t   is   h ig h er   w h e n   th e   h ea i n p u to   t h s y s te m   i s   als o   h ig h er .   L et,   Q an d   Q c   r ep r esen t h h ea s u p p lied   to   th g en er ato r   f r o m   th e   h ig h   te m p er at u r r eser v o ir   a n d   h ea t   ab s o r b ed   b y   th lo w   te m p er at u r r eser v o ir .   O n   ac co u n t   o f   t h er m al   r esis ta n ce   p r esen t   b et w ee n   th e   r eser v o ir s   a n d   th e   t h er m o elec tr ic  g e n er ato r ,   h ea e x ch a n g r ate  is   l i m i ted .   T h r ate  o f   h ea t s u p p l y ,   Q an d   h ea t r e m o v al,   Q is   est i m a ted   as:     2 m h h m RI Q= α I T + - K Δ T 2               ( 1 5 )     2 m c c m RI Q= α I T + - K Δ T 2               ( 1 6 )     w h er α ,   K m   an d   R ar d en o ted   as  ef f ec ti v Seeb ec k   co - e f f icien t,  m o d u le  t h er m al   co n d u ctan ce   an d   elec tr ic   r esis ta n ce ,   r esp ec tiv el y .   I n   E q u atio n   ( 1 5 )   an d   ( 1 6 ) ,   t h ter m s   r ef er   to   th h ea ass o ciat ed   w it h   th P eltier   ef f ec t,  h al f   o f   J o u le  h ea tin g   an d   Fo u r ier   la w   o f   t h er m al  c o n d u ctio n .   W h e n   t h th er m o elec tr ic  g en er ato r   is   s u b j ec ted   to   lo ad ,   cu r r en f lo w s   th r o u g h   th cir c u it.  He n ce ,   th P eltier   ef f ec i s   b ein g   o b s e r v ed .   B y   ap p l y i n g   an   en er g y   b alan ce   to   t h t h e r m o elec tr ic  m o d u le,   an d   n eg l ec tin g   t h ef f ec t s   o f   J o u le  h ea tin g   an d   t h er m al   co n d u ctio n ,   E q u atio n   ( 1 5 )   an d   ( 1 6 )   r e d u ce s   to   f ir s ter m   al o n e.   T h elec tr ical  p o w er   o u t p u is   g i v e n   as  th e   d if f er e n ce   b et w ee n   h ea t a b s o r p tio n   an d   h ea t r e m o v al  f r o m   t h s y s te m ,   ( Q -   Q c ).     e l e c t h c P = Q - Q                   ( 1 7 )       0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 0 5 10 15 20 25 0 2 4 6 8 10 out put  vol t a ge V  (V ol t s ) p o w e r ,   P m ax ( W a t t s ) vol t a ge , V  (V ol t s );  op e c i rc ui t   vol t a ge V oc (V ol t s ) P o w e r v o l t a g e   0.0 1 3 0.01 35 0.01 4 0.01 45 0.0 1 5 0.01 55 0.01 6 350 400 450 500 550 600 S e e be c c o - e f fic ient  ( V/K) T e mper a ture   dif fe re nc e   (K Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   9 1 7     9 2 5   924         Fig u r 9   Var iatio n   o f   elec tr ica l r esis ta n ce   &   t h er m a l     Fig u r 1 0   Var iatio n   o f   te m p er atu r d if f er en ce   w it h   r esp ec t c o n d u ctan ce   w i th   o u tp u t p o w er       Dep en d in g   u p o n   th c u r r en f lo w i n g   t h r o u g h   th e   cir cu it  a n d   th j u n ctio n   te m p er at u r e,   th P eltie r   ef f ec v ar ies   an d   h e n ce   t h o u tp u p o w er   p r o d u ce d .   T h v ar iatio n   o f   P eltier   e f f ec w i th   r e s p ec to   t h c u r r en f lo w i n g   th r o u g h   t h e   cir cu it   is   s h o w n   i n   Fig u r 1 0 .   Hi g h er   t h cu r r en t   f lo w ,   m o r p r e v alen th e   P eltier   ef f ec t.   T h p er f o r m a n ce   o f   t h er m o e lectr ic  m ater ial   is   m ea s u r ed   b y   t h f ig u r o f   m er it,  Z .   I g iv es  th e   ab ilit y   o f   th e   th er m o elec tr ic  m ater ial  to   ef f icien tl y   p r o d u ce   th er m o e le ctr ic  p o w er .   I ex p lai n s   h o w   e f f ec t iv e l y   t h e   th er m o elec tr ic  g en er ato r   w i ll   w o r k .   Fo r   g o o d   th er m o elec t r ic  m ater ia ls ,   th d i m e n s io n l ess   f i g u r o f   m er it,   ZT avg   i s   eq u al  to   o r   h i g h er   th a n   u n it y   [ 2 7 ] .   T h m o s w id el y   u s ed   t h er m o elec tr ic  m ater ial,   f o r   lo w   te m p er at u r e   ap p licatio n s   ( u p to   2 5 0 o C )   h as   m a x i m u m   Z T avg   v al u o f   u n i t y   [ 2 8 ] .   L ea d   tellu r id e,   u s ed   m ai n l y   f o r   h i g h   te m p er atu r ap p licatio n s   b ec au s o f   its   h i g h   te m p er atu r e   th er m o elec tr ic  b e h av io r ,   h a s   m ax i m u m   Z T avg   v alu o f   1 . 4   [ 2 8 ] .   T h o n ly   co m m er ciall y   a v ailab le  H y b r id   T h er m o elec tr ic  g e n er a to r   m o d u le,   co m p o s ed   o f   n - t y p B is m u t h   T ellu r id an d   p - t y p L ea d   tellu r id s e m i co n d u cto r   m ater ials ,   w h ich   ca n   o p er ate  in   th in ter m ed iate  te m p er at u r r an g o f   2 5 0 o C   to   3 5 0 o C   w a s   f o u n d   to   h a v m ax i m u m   Z T avg   v al u o f   1 . 2 8 ,   o n   an al y s is .   A ls o ,   t h m a x i m u m   co n v er s io n   e f f icien c y   a n d   m a x i m u m   p o w er   co n v er s io n   ef f i cien c y   w as  f o u n d   to   b 0 . 1 3 1   an d   0 . 1 2 6 .       4.   CO NCLU SI O N   T h m o s ea s il y   a n d   co m m o n l y   a v ailab le  T E G‟ s   f o r   lo w   te m p er at u r ap p licatio n s   u p to   2 5 0 o   C   ar e   B is m u th   T ellu r id b ased .   Fo r   te m p er atu r es  ab o v 3 5 0 o   C ,   lead   T ellu r id b ased   T E G‟ s   ar p r ef er r ed .   T h o n l y   co m m er ciall y   a v ailab le  H y b r id   T h er m o elec tr ic  g e n er ato r   th at  ca n   o p er ate  u p to   3 5 0 o C ,   co m p o s ed   o f   n - t y p e   B is m u th   T ellu r id a n d   p - t y p L ea d   T ellu r id s e m ico n d u cto r   m a ter ials ,   s u p p l ied   b y   T h er m al  E lectr o n i cs   C o r p . ,   C an ad i s   co n s id er ed   f o r   s tu d y   a n d   t h v ar io u s   elec tr ical  p er f o r m a n ce   p ar a m eter s   th eo r etica ll y   an al y ze d .   A cc o r d in g   to   th p r esen s tu d y ,   th f o l lo w in g   co n clu s io n s   ar ar r iv ed :   1.   A   m ax i m u m   p o w er   o u tp u o f   2 1 . 7 W   h as  b ee n   o b tain ed   w i th   an   o u tp u v o ltag o f   4 . 6 an d   an   o u tp u cu r r en t o f   4 . 7 A ,   w it h   t h u s e   o f   s i n g le   H y b r id   T h er m o elec t r ic  m o d u le,   w h e n   t h h o s id is   m ai n tai n ed   at  m ax i m u m   allo w ab le  te m p er at u r o f   3 5 0 o C   an d   t h co ld   s id is   m ai n tain ed   a m i n i m u m   te m p er atu r o f   3 0 o C.   2.   T h d im e n s io n les s   f ig u r o f   m er it  w as  f o u n d   to   b 1 . 2 8 .   T h m a x i m u m   co n v er s io n   e f f icien c y   a n d   m ax i m u m   p o w er   co n v er s io n   ef f icien c y   w a s   f o u n d   to   b 0 . 1 3 1   an d   0 . 1 2 6 .   3.   Hig h er   th c u r r en t,  m o r p r ev alen t t h P eltier   ef f ec t.   On   co m p ar is o n   w it h   a n   o r d in ar y   B i 2 Te m o d u le,   it  i s   c le ar   th at  t h h y b r id   T E o f f er s   s u p er io r   p er f o r m a n ce   ab o v 2 5 0 o C   o f   th h o s id te m p er atu r e.   He n ce ,   it  is   s u g g ested   t h at  th h y b r id   T E ca n   b e   e m p lo y ed   i n   p lace s   w h er ele ctr if icatio n   i s   n o t/les s   p o s s ib le  s u ch   as   r u r al  o r   d e v elo p in g   ar ea s   a n d   p lace s   w i t h   f r eq u en t p o w er   cu t s .             0.00 28 0.00 285 0.00 29 0.00 295 0.00 3 0.00 305 0.00 31 0.00 315 0.00 32 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 5 10 15 20 25 Th e r ma c ondu c ta nc e   ( W / o C) El ec t rical  re si st ance   (Ohm s) Output powe (W ) elec tr ical  r esi s tan ce th er m al   co n d u ctan ce 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 1 2 3 4 5 T e m pe r a t ur e   d i f f e r e nc e   ( o C) c ur r e nt   ( A ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f ( B i2 Te3 - P b Te)   Hyb r id   Th ermo ele ctri Gen era to r   ( A p p a d u r a i A n ith a   A n g elin e )   925   RE F E R E NC E S   [1 ]     A b d e e n   M u sta f a   O m e r En e rg y ,   e n v iro n m e n a n d   su sta in a b le  d e v e lo p m e n t Ren e wa b le  a n d   S u st a in a b le  En e rg y   Rev iews ,   v o l.   1 2 ,   p p .   2 2 6 5 2 3 0 0 ,   2 0 0 8 .   [2 ]     M a rti n   I.   Ho f f e rt   e a l,   En e r g y   i m p li c a ti o n o f   f u tu re   sta b il iza ti o n   o f   a t m o sp h e ric  CO 2   c o n ten t”,  L e tt e rs   to   Na tu re v o l.   3 9 5 ,   p p .   8 8 1 - 8 8 4 ,   1 9 9 8 .   [3 ]     M a rg a re Ch a n ,   Cu tt i n g   c a rb o n ,   im p ro v in g   h e a lt h ,   T h e   L a n c e t ,   v o l.   3 7 4 ,   p p .   1 8 7 0 - 1 8 7 1 ,   2 0 0 9 .   [4 ]     Ch a n g w e L iu ,   P i n g y u n   Ch e n ,   Ke w e n   L i,   A   5 0 0 W   lo w - te m p e ra tu re   th e rm o e lec tri c   g e n e ra to r:  De sig n   a n d   e x p e ri m e n tal  stu d y ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o Hy d r o g e n   En e rg y ,   v o l.   3 9 ,   p p .   1 5 4 9 7 - 1 5 5 0 5 ,   2 0 1 4 .   [5 ]     A h ısk a   R,   M a m u H.,   De si g n   a n d   im p le m e n t a ti o n   o f   a   n e w   p o rtab le  th e rm o e lec tri c   g e n e ra to f o l o w   g e o th e rm a tem p e r a tu re s” ,   IET   Ren e wa b le P o we r Ge n e ra ti o n ,   v o l.   7 ,   p p .   7 0 0 - 7 0 6 ,   2 0 1 3 .   [6 ]     Hs u   CT ,   Ya o   DJ ,   Ye   KJ ,   Yu   B.   Re n e w a b le  e n e rg y   o f   w a ste   h e a re c o v e r y   s y ste m   f o a u to m o b il e s” ,   J o u rn a o f   Ren e wa b l e   a n d   S u sta in a b le E n e rg y ,   v o l.   2 ,   p p .   1 0 5 1 1 6 ,   2 0 1 0 .   [7 ]     Riff a S B,   M a   X . ,   T h e r m o e lec tri c s:  a   re v ie w   o f   p re se n a n d   p o ten t ial  a p p li c a ti o n s” ,   A p p li e d   T h e rm a En g in e e rin g v o l.   2 3 ,   p p .   9 1 3 - 9 3 5 ,   2 0 0 3 .   [8 ]     Be ll   L E,   Co o li n g ,   h e a ti n g ,   g e n e ra ti n g   p o w e r,   a n d   re c o v e rin g   wa ste   h e a w it h   th e rm o e le c tri c   s y st e m s” ,   S c ien c e v o l.   3 2 1 ,   p p .   1 4 5 7 - 1 4 6 1 ,   2 0 0 8 .   [9 ]     Ba se I.   Ism a il ,   W a e H.  A h m e d ,   T h e r m o e lec tri c   P o w e G e n e ra t io n   u sin g   W a ste - He a En e rg y   a s   a n   a lt e rn a ti v e   G re e n   T e c h n o lo g y ,   Rec e n Pa te n ts  o n   El e c trica En g in e e rin g ,   v o l .   2 ,   p p .   2 7 - 3 9 ,   2 0 0 8 .   [1 0 ]     A . Ja c k d e li g h tu p e ter,  Ba laji. D ,   D.G o w rish a n k a r,   W a ste   h e a e n e rg y   h a rv e stin g   u sin g   t h e rm o e lec t ric  g e n e ra to r” ,   IOS J o u r n a l   o f   En g in e e rin g ,   v o l .   3 ,   p p .   1 - 4 ,   2 0 1 3 .   [1 1 ]     F ra n c is  J.  DiS a lv o ,   T h e rm o e lec tri c   c o o li n g   a n d   P o w e Ge n e ra ti o n ,   S c ien c e   M a g a zi n e ,   v o l.   2 8 5 ,   p p .   7 0 3 - 7 0 6 ,   1 9 9 9 .   [1 2 ]     Ch e n g - T in g   Hs u ,   M a ter.  &   Ch e m .   Re s.  L a b s.,   In d .   T e c h n o l .   Re s.  I n st.,   Hs i n c h u ,   T a iwa n ,   Ch e n g - Ch o u   W o n   Hsu - S h e n   C h u   Je n n - D o n g   Hw a n g ,   A   c a se   stu d y   o f   th e rm o e le c tri c   g e n e ra to a p p li c a ti o n   o n   ro tary   c e m e n f u rn a c e ,   in   M icr o sy ste ms ,   Pa c k a g in g ,   Ass e mb ly  a n d   Circ u it T e c h n o l o g y   Co n fer e n c e , 2 0 1 3 .   IM PA CT   2 0 1 3 .   Ei g t h   In ter n a t io n a l ,   2 0 1 3 ,   p p .   7 8 - 8 1 .   [1 3 ]     Rid a   Y.  Nu w a y h id A lan   S h ih a d e h ,   Ne sre e n   G h a d d a r De v e l o p m e n a n d   tes ti n g   o f   a   d o m e stic  w o o d sto v e   th e rm o e lec tri c   g e n e ra to w it h   n a tu ra c o n v e c ti o n   c o o li n g ,   En e rg y   Co n v e rs io n   a n d   M a n a g e me n t ,   v o l .   4 6 ,   p p .   1 6 3 1 - 1 6 4 3 ,   2 0 0 5 .   [1 4 ]     M in   Ch e n He n rik   L u n d L a ss e   A .   Ro se n d a h l T h o m a J.   Co n d ra ,     En e rg y   e ff icie n c y   a n a l y s is  a n d   im p a c e v a lu a ti o n   o f   th e   a p p li c a ti o n   o f   th e rm o e lec tri c   p o w e c y c le  to   to d a y ‟s  CHP   sy ste m s” ,   Ap p li e d   E n e rg y ,   v o l .   8 7 ,   p p .   1 2 3 1 1 2 3 8 ,   2 0 1 0 .   [1 5 ]     S . M . O‟S h a u g n e ss y ,   M . J.De a s y ,   C. E. Kin se ll a ,   J. V . Do y le,  A . J.Ro b in so n ,   S m a ll   sc a le  e le c tri c it y   g e n e ra ti o n   f ro m   a   p o rtab le  b io m a ss   c o o k sto v e p ro to ty p e   d e sig n   a n d   p re li m in a r y   re su lt s” ,   Ap p li e d   E n e rg y ,   v o l.   1 0 2 ,   p p .   3 7 4 - 3 8 5 ,   2 0 1 2 .   [1 6 ]     Ch ih   W u ,   A n a l y sis   o f   W a ste - h e a th e rm o e le c tri c   p o w e r   g e n e ra to rs” ,   Ap p li e d   T h e rm a En g in e e rin g ,   v o l.   1 6 ,   p p .   63 - 6 9 ,   1 9 9 6 .   [1 7 ]     D.Ch a m p ier,  J.P . Be d e c a rra ts,   M . Riv a letto ,   F . S tr u b ,   T h e r m o e lec tr ic  p o w e g e n e ra ti o n   f ro m   Bio m a s c o o k   sto v e s” ,   Ap p li e d   E n e rg y ,   v o l.   3 5 ,   p p .   9 3 5 - 9 4 2 ,   2 0 0 9 .   [1 8 ]     X iao l o n g   G o u ,   He n g   X iao ,   S u w e n   Ya n g ,   M o d e ll i n g ,   e x p e rim e n tal  stu d y   a n d   o p ti m iza ti o n   o n   lo w - te m p e r a tu re   w a ste   h e a th e rm o e lec tri c   g e n e ra t o sy ste m ,   Ap p li e d   En e rg y ,   v o l.   8 7 ,   p p .   3 1 3 1 - 3 1 3 6 ,   2 0 1 0 .   [1 9 ]     C. E. Kin se ll a ,   S . M . O‟S h a u g h n e ss y ,   M . J.De a s y ,   M . Du ffy ,   A . J.Ro b in so n ,   Ba tt e r y   c h a rg in g   c o n sid e ra ti o n in   sm a ll   sc a le ele c tri c it y   g e n e ra ti o n   f ro m   a   th e rm o e lec tri c   m o d u le” ,   Ap p li e d   En e rg y ,   v o l.   1 1 4 ,   p p .   8 0 - 9 0 ,   2 0 1 3 .   [2 0 ]     Ch e n g - T in g   Hs u ,   G ia - Ye h   Hu a n g ,   Hs u - S h e n   Ch u ,   Be n   Y u ,   Da - Je n g   Ya o ,     A n   e ffe c ti v e   S e e b e c k   c o - e ff icie n t   o b tai n e d   b y   e x p e ri m e n tal  re su lt o f   a   th e rm o e le c tri c   g e n e ra to m o d u le” ,   Ap p li e d   e n e rg y ,   v o l.   8 8 ,   p p .   5 1 7 3 - 5 1 7 9 ,   2 0 1 1 .   [2 1 ]     X iao ,   T   Ya n g ,   P   L i,   P   Zh a i ,   Zh a n g ,   T h e rm a De sig n   a n d   M a n a g e m e n f o p e rf o r m a n c e   o p ti m iza ti o n   o f   so lar   th e rm o e lec tri c   g e n e ra to r” ,   Ap p li e d   En e rg y ,   v o l.   9 3 ,   p p .   3 3 - 3 8 ,   2 0 1 2 .   [2 2 ]     W H Ch e n ,   CY  L iao ,   CI  Hu n g ,   WL   Hu a ng E x p e ri m e n tal  stu d y   o n   th e rm o e lec tri c   m o d u les   f o p o w e g e n e ra ti o n   a v a rio u s o p e ra ti n g   c o n d it i o n s” ,   E n e rg y ,   v o l.   4 5 ,   p p .   8 7 4 - 8 8 1 ,   2 0 1 2 .   [2 3 ]     RY  Nu wa y h id ,   DM  Ro w e ,   G   M in ,     L o w   c o st  sto v e - to p   th e rm o e le c tri c   g e n e r a to f o re g io n s   w it h   u n re li a b le   e lec tri c it y   su p p ly ,   Ren e wa b le E n e rg y ,   v o l.   2 8 ,   p p .   2 0 5 - 2 2 2 ,   2 0 1 3 .   [2 4 ]     V a n   S a rk ,   F e a sib il it y   o f   p h o t o v o lt a ic    T h e rm o e le c tri c   h y b rid   m o d u les ,   Ap p li e d   En e rg y ,   v o l.   8 8 ,   p p .   2 7 8 5 - 2 7 9 0 ,   2 0 1 1 .   [2 5 ]     H.Y.Z h a n g ,   Y.C. M u i,   M . T a rin ,   A n a l y sis  o f   th e r m o e lec tri c   c o o ler  p e rf o r m a n c e   f o h i g h   p o w e e lec tro n ic  p a c k a g e s” ,   Ap p li e d   T h e rm a En g i n e e rin g ,   v o l.   3 0 ,   p p .   5 6 1 - 5 6 8 ,   2 0 1 0 .   [2 6 ]     M in   G ,   Ro w e   DM. ,   P e lt ier  d e v ice a g e n e ra to rs” ,   CRC  h a n d b o o k   o f   th e rm o e lec tri c s.  Ne w   Yo rk CRC  P re ss   (1 9 9 5 );  4 7 9 - 4 8 8 .   [2 7 ]     Ho S u n g   L e e ,   T h e r m a De sig n He a S in k s,  T h e rm o e le c tri c s,  He a P ip e s,  C o m p a c He a Ex c h a n g e rs,  a n d   S o la r   Ce ll s” ,   Ne w   Je rse y Jo h n   W il e y   &   S o n s,  In c . ,   2 0 1 0 .     [2 8 ]     G .   Je ff re y   S n y d e a n d   Eri c   S .   T o b e re r,   Co m p lex   T h e r m o e lec tri c   M a teria ls” ,   Na tu re   M a ter ia ls,   v o l .   7 ,   p p . 1 0 5 - 1 1 4 ,   2 0 0 8 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.