La conversión de energía térmica directamente en electricidad se logra mediante un proceso conocido como generación termoeléctrica, que utiliza el efecto Seebeck. Este efecto implica convertir las diferencias de temperatura a través de un material termoeléctrico directamente en voltaje eléctrico. Los generadores termoeléctricos constan de pares de materiales con diferentes conductividades eléctricas y propiedades termoeléctricas. Cuando un extremo del par de materiales se calienta y el otro se enfría, se establece un gradiente de temperatura, lo que hace que los electrones fluyan del lado caliente al lado frío, generando así una corriente eléctrica. Este fenómeno permite la conversión directa de energía térmica en energía eléctrica sin necesidad de intermediarios mecánicos.
Para convertir la energía térmica en electricidad, se pueden emplear varias tecnologías según la fuente de calor y la eficiencia deseada. Un método común implica el uso de motores térmicos como turbinas de vapor o motores Stirling. En una turbina de vapor, la energía térmica procedente de la quema de combustibles fósiles o de reacciones nucleares se utiliza para producir vapor, que impulsa una turbina conectada a un generador eléctrico. La rotación de la turbina genera electricidad mientras el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Los motores Stirling funcionan según un principio diferente: utilizan diferencias de temperatura para impulsar un pistón hacia adelante y hacia atrás, que a su vez impulsa un generador para producir electricidad.
La conversión de energía en electricidad normalmente implica aprovechar una fuente de energía primaria, como energía mecánica, térmica, química o nuclear, y convertirla en energía eléctrica mediante diversas tecnologías. La energía mecánica se puede convertir directamente mediante generadores accionados por turbinas o motores. La energía térmica, como el calor de la combustión o de las reacciones nucleares, se puede convertir en energía mecánica mediante motores o turbinas, que luego se transforma en electricidad mediante generadores eléctricos. La energía química almacenada en los combustibles también se puede convertir mediante procesos de combustión para generar calor, que luego se utiliza para producir electricidad mediante centrales térmicas o motores.
La generación de electricidad a partir de energía térmica generalmente implica el uso de fuentes de calor como combustibles fósiles, reactores nucleares, colectores solares térmicos o depósitos geotérmicos. Estas fuentes de calor se utilizan para producir vapor o gases calientes, que a su vez impulsan turbinas conectadas a generadores eléctricos. En el caso de los combustibles fósiles y las centrales nucleares, el calor se utiliza para hervir agua y producir vapor, que impulsa las turbinas. Las plantas de energía solar térmica enfocan la luz solar mediante espejos o lentes para generar altas temperaturas que producen vapor para impulsar las turbinas. Las plantas de energía geotérmica utilizan el calor de depósitos subterráneos de agua caliente o vapor para impulsar turbinas y generar electricidad.
La energía térmica se puede convertir en electricidad mediante varios métodos, según la fuente de calor y la eficiencia deseada. En la conversión termoeléctrica, el calor se convierte directamente en electricidad utilizando materiales termoeléctricos que generan un voltaje cuando se exponen a un gradiente de temperatura. Otro método implica el uso de motores térmicos como turbinas de vapor, motores Stirling o motores de combustión interna. Estos motores utilizan calor para producir energía mecánica, que luego se convierte en electricidad mediante generadores. Además, tecnologías como la termofotovoltaica (TPV) convierten el calor en luz, que luego se convierte en electricidad mediante células fotovoltaicas. Cada método tiene sus aplicaciones y características de eficiencia dependiendo de los requisitos y condiciones específicos de la fuente de calor y el proceso de conversión.