A conversão de energia térmica diretamente em eletricidade é realizada por meio de um processo conhecido como geração termoelétrica, que utiliza o efeito Seebeck. Este efeito envolve a conversão de diferenças de temperatura através de um material termoelétrico diretamente em tensão elétrica. Os geradores termoelétricos consistem em pares de materiais com diferentes condutividades elétricas e propriedades termoelétricas. Quando uma extremidade do par de materiais é aquecida e a outra extremidade é resfriada, um gradiente de temperatura é estabelecido, fazendo com que os elétrons fluam do lado quente para o lado frio, gerando assim uma corrente elétrica. Este fenômeno permite a conversão direta de energia térmica em energia elétrica sem a necessidade de intermediários mecânicos.
Para converter energia térmica em eletricidade, diversas tecnologias podem ser empregadas dependendo da fonte de calor e da eficiência desejada. Um método comum envolve o uso de motores térmicos, como turbinas a vapor ou motores Stirling. Numa turbina a vapor, a energia térmica proveniente da queima de combustíveis fósseis ou de reações nucleares é utilizada para produzir vapor, que aciona uma turbina conectada a um gerador elétrico. A rotação da turbina gera eletricidade enquanto o gerador converte energia mecânica em energia elétrica. Os motores Stirling operam com um princípio diferente, usando diferenciais de temperatura para acionar um pistão para frente e para trás, que por sua vez aciona um gerador para produzir eletricidade.
A conversão de energia em eletricidade normalmente envolve o aproveitamento de uma fonte de energia primária, como energia mecânica, térmica, química ou nuclear, e sua conversão em energia elétrica por meio de várias tecnologias. A energia mecânica pode ser convertida diretamente por meio de geradores acionados por turbinas ou motores. A energia térmica, como o calor da combustão ou das reações nucleares, pode ser convertida em energia mecânica através de motores ou turbinas, que é então transformada em eletricidade através de geradores elétricos. A energia química armazenada nos combustíveis também pode ser convertida através de processos de combustão para gerar calor, que é então utilizado para produzir eletricidade através de centrais térmicas ou motores.
A geração de eletricidade a partir da energia térmica geralmente envolve o uso de fontes de calor, como combustíveis fósseis, reatores nucleares, coletores solares térmicos ou reservatórios geotérmicos. Essas fontes de calor são utilizadas para produzir vapor ou gases quentes, que por sua vez acionam turbinas conectadas a geradores elétricos. No caso dos combustíveis fósseis e das centrais nucleares, o calor é utilizado para ferver água e produzir vapor, que aciona turbinas. As usinas solares térmicas concentram a luz solar usando espelhos ou lentes para gerar altas temperaturas que produzem vapor para acionar turbinas. As usinas geotérmicas utilizam o calor de reservatórios subterrâneos de água quente ou vapor para acionar turbinas e gerar eletricidade.
A energia térmica pode ser convertida em eletricidade através de vários métodos, dependendo da fonte de calor e da eficiência desejada. Na conversão termoelétrica, o calor é convertido diretamente em eletricidade por meio de materiais termoelétricos que geram uma voltagem quando expostos a um gradiente de temperatura. Outro método envolve o uso de motores térmicos, como turbinas a vapor, motores Stirling ou motores de combustão interna. Esses motores utilizam calor para produzir energia mecânica, que é então convertida em eletricidade por meio de geradores. Além disso, tecnologias como a termofotovoltaica (TPV) convertem calor em luz, que é então convertida em eletricidade por células fotovoltaicas. Cada método tem suas aplicações e características de eficiência dependendo dos requisitos e condições específicas da fonte de calor e do processo de conversão.