This diploma thesis deals with a design layout of the fan power supply that ensures the increase of the efficiency of the heating unit. For usage in the areas without electric power, the power supply is secured by thermoelectric generator. The system has to function on the basis of autonomous system which turns itself on only when necessary. In the introductory part of the paper there is a recherché of thermoelectric generators for general usage. Next it mentions the basic findings in from the field of DC/DC converters for low power applications. In this part attention is given to MPPT algorithm. Furthermore basic knowledge from the field of heat transmission together with its most used elements is described. Subsequently existing applications that increase the effectiveness of heating are mentioned. Their disadvantage however is that they depend on the external source of power supply. The practical part to a large extent covers the analysis of the suitability of the chosen thermoelectric module. For securing of the heat gradient of the generator there was a model created meeting the figures in the manual and there are several simulations in the MATLAB program. Furthermore several measurements of the thermoelectric module took place in order to secure realistic figures. Subsequently a DC/DC converter was chosen. Finally the testing was made on the real composition. In conclusion there is an overall evaluation including the real usage and the economical aspect of the project. The outcomes of the work enable to avoid common mistakes that are part of many specialized articles. The created system is to be used after the adjustment of the cooling to the required aim. At the same time it becomes very effective.

Tato diplomová práce se zabývá vývojem autonomního zdroje elektrické energie založeného na MEMS termoelektrickém generátoru. Uvažovaný generátor bude následně použit pro napájení autonomní senzorické jednotky pro letecké aplikace. Systémový pohled na autonomní senzorickou jednotku zahrnuje senzor se zpracováním a přenosem dat, energy harvester (termoelektrický generátor), power management, akumulační prvek a autodiagnostiku. Všechny výše uvedené komponenty jsou v práci podrobně popsány. V úvodu práce je provedena široká rešerše existujících termoelektrických generátorů pro letecké aplikace. Následně jsou popsány základní teoretické poznatky z oblasti DC/DC měničů pro energy harvesting. Zvláštní pozornost je věnována metodám MPPT (Maximum Power Point Tracking). Jako základ pro vývoj napájení autonomní senzorické jednotky bylo provedeno množství simulací za pomoci nástroje MATLAB/Simulink Simscape. Pro identifikaci prametrů modelu posloužilo měření na speciálním přípravku. Praktická implementace teoreticky popsaných problémů je provedena na k tomuto účelu navrženém technologickém demonstrátoru. Závěrem je zhodnocena reálná využitelnost navržené technologie pro finální aplikaci v leteckém průmyslu.

Předložená disertační práce řeší komplexní mechatronický návrh autonomního termoelektrického zdroje energie pro letecké aplikace. Na základě dostupných zdrojů a literatury práce popisuje současný stav problematiky. V práci jsou prezentovány simulační modely MEMS termoelektrických článků, které jsou ověřeny experimentálním testováním a hodnotami dostupnými od výrobce. Na základě metodiky model-besed design byly navrženy a vyrobeny tři demonstrátory. Jejich vlastnosti byly testovány v reálných podmínkách na letecké pohonné jednotce.

Solid oxide fuel cells (SOFC) are mainly used as large stationary elec- tricity sources, therefore an every little improvement in their performance leads to considerable savings. In order to understand the fundamentals of the SOFC operation, we have developed a new model describing the main physical processes. The thermodynamical model of SOFC, developed in this thesis, concerns the gas transport, the transport of the charged particles in- cluding the thermoelectric effect and the electrochemical reactions. Linear irreversible thermodynamics is the key modelling framework, in which the dusty gas model and the Butler-Volmer equations are used. A new relation between the electrochemical affinity and the overpotential is introduced into the Butler-Volmer equation. A weakly formulated statinonary system en- dowed with boundary conditions is solved with the finite element method in one dimensional approximation. 1

The introduction of this work is devoted to the description of physical principals and condtruction of modern semiconductor thermoelectric transformers. This work describes thein basic characters and the most commonly used materials for thein production. Further, it mentions the basic principals and physical effects that describe the thermoelectric conversion of energy and the nondestructive method for establishing the basic material characteristics of thermoelectric transformers. The substantiv part of this work is the measuring of the material’s characteristics of the accessible thermoelectric elements through the medium of experimental measuring network. The optimal construction of thermoelectric solar generators used for individual thermoelectric elements are designed based on the taken measurements and the evaluation of material’s characteristics of the observed thermoelectric elements.

The thesis deals with power harvesting sensors as a source of energy. As the power requirements for microelectronics decreases the environmental energy sources become more perspective. In a few last years batteries reach a higher capacity but there is still problem with their replacement. Power harvesting sensors appears as a good solution for powering microelectronics.

This thesis deals with the problem of waste heat, namely, the exhaust gas which are not frequently used. Specifically, it is a design of thermoelectric generators set, power electronics for fan and heat exchanger proposal. The entire system uses the energy of the waste heat to increase the heating efficiency.

Disertační práce je zaměřena na nízkoenergetické konvertory pro zpracování energie. Pro fotovoltaické generátory pracující při nízké úrovní osvětlení byly navrženy konvertory založené na konfiguraci single cell. Pomocí levných výrobních procesů a dostupných materiálů byl navržen a vyroben jednoduchý a spolehlivý termogenerátor. Výrobní postupy využívaly plazmatické aktivace povrchu pomocí výboje s dielektrickou bariérou a modifikované metody depozice PEDOT. Byly navrženy jednoduché a spolehlivé DC/DC měniče pro nízkonapěťové aplikace jako termoelektrické generátory a fotovoltaické články v konfiguraci single cell. Měniče pracují od napětí několika desítek mV a výstupní napětí může být na úrovni několika voltů. Účinnost se blíží 50% a náklady na materiál a výrobu jsou ve srovnání s použitím běžně dostupných integrovaných obvodů pro Energy Harvesting výrazně nižší. Pro řídicí obvody byly použity bipolární tranzistory, které v režimu velmi malých proudů mohou mít napájecí napětí od 0,5 V. Byla ověřena možnost výroby integrovaných obvodů s extrémně nízkým provozním napětím. Tranzistory FET zde pracují v podprahovém režimu a v režimu Bulk-driven.

In the last decade there is a rising interest in thermoelectric applications. Thermoelectric generators enabling the direct conversion of the heat into the electricity become attractive. This fact is caused by the demands of environmental operation and saving primary resources. Scientists intensively investigate and develop new materials and structures suitable for these applications. The efficiency of the thermoelectric conversion progressively increases. Unfortunately we have no available materials with sufficient thermoelectric properties which could provide cost-competitive price. Thermoelectric generators seem to be useable devices. For example, in case of the unused waste heat using of the thermoelectric generator can increase the overall effectiveness of the unit despite the low efficiency of the generator. This master thesis deals with the issue of the Peltier modules representing the main part of the thermoelectric generators. The physical principles and structures of the thermoelectric modules and the possibility of thermoelectric power production are described here. In the practical part of this thesis the design of the low power generator utilizing waste heat from biomass boiler Verner A 251.1 is proposed.