Θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας TEG
Το υλικό μιλά για τις αρχές λειτουργίας των θερμοηλεκτρικών γεννητριών και τους τομείς εφαρμογής τους.
Η μερίδα του λέοντος της ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται πλέον από θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Με την καύση ορυκτών καυσίμων, οι τουρμπίνες των ηλεκτρογεννητριών τίθενται σε κίνηση στους σταθμούς μέσω ενός ενδιάμεσου φορέα θερμότητας (υπερθερμασμένος ατμός). Η αλυσίδα παραγωγής ενέργειας είναι πολύπλοκη, επικίνδυνη και δαπανηρή. Αλλά σας επιτρέπει να δημιουργήσετε ισχυρές μονάδες για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με υψηλή απόδοση (απόδοση).
Υπάρχει εναλλακτική για ευκολότερη μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική; Η φυσική λέει ναι. Η Tech λέει, "Όχι ακόμα." Για το ποιος έχει δίκιο και ποιες είναι οι δυσκολίες στον τρόπο μετατροπής της θερμότητας σε ενέργεια, το υλικό αυτού του άρθρου. Η μέθοδος της απευθείας μετατροπής της θερμότητας σε ηλεκτρικό ρεύμα είναι γνωστή από το 1821, όταν ανακαλύφθηκε το φαινόμενο του θερμοηλεκτρισμού, γνωστό σήμερα ως φαινόμενο Seebekov.
Όταν θερμαίνεται η επαφή δύο ανόμοιων μετάλλων, προκύπτει μια διαφορά δυναμικού στα άκρα των καλωδίων και όταν αυτά είναι κλειστά, ένα ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσω του κυκλώματος. Οι φυσικοί συνειδητοποίησαν γρήγορα ότι το μέγεθος του ρεύματος εξαρτάται άμεσα από τον τύπο των υλικών, τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των ψυχρών και θερμών συνδέσεων του μετάλλου, τη θερμική αγωγιμότητα και την αντίσταση των μετάλλων. Οι μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας και η υψηλή αγωγιμότητα αυξάνουν το ρεύμα, ενώ η υψηλή θερμική αγωγιμότητα εξασθενεί το αποτέλεσμα.
Μετά από μακροχρόνιες προσπάθειες για τη δημιουργία μιας θερμοηλεκτρικής γεννήτριας (TEG) που χρησιμοποιεί μέταλλα, συμπεριλαμβανομένων των ευγενών, αυτή η ιδέα εγκαταλείφθηκε. Τα μέταλλα έχουν χαμηλή αντίσταση, γεγονός που καθιστά δυνατό τον διαχωρισμό της χωρικής ψυχρής και θερμής διασταύρωσης, αλλά η υψηλή θερμική αγωγιμότητα και, κατά συνέπεια, η ροή θερμότητας από το εξωτερικό μειώνουν την απόδοση των στοιχείων. Η προκύπτουσα απόδοση των στοιχείων TEG από μέταλλα δεν υπερβαίνει το 1-2%. Το αποτέλεσμα ξεχάστηκε για πολύ καιρό και ενώσεις ανόμοιων μετάλλων χρησιμοποιήθηκαν μόνο στην τεχνική μέτρησης. Αυτά είναι γνωστά θερμοστοιχεία για τη μέτρηση της θερμοκρασίας.
Σήμερα, οι απόγονοι της πρώτης γεννήτριας εξυπηρετούν γεωλόγους, τουρίστες και απλώς κατοίκους απομακρυσμένων περιοχών.Η ισχύς τέτοιων γεννητριών είναι μικρή - από 2 έως 20 watt. Πιο ισχυρές γεννήτριες (από 25 έως 500 W) εγκαθίστανται σε κεντρικούς αγωγούς αερίου έως ηλεκτρικά εργαλεία ή καθοδική προστασία σωλήνων. Γεννήτριες εξοπλισμού μετεωρολογικού σταθμού ισχύος 1 kW ή περισσότερο, αλλά απαιτούν πηγές θερμότητας υψηλής θερμοκρασίας: για παράδειγμα, αέριο.
Δεν μπορούμε να πούμε πολλά για τις εξωτικές γεννήτριες που μετατρέπουν τη θερμότητα της ραδιενεργής αποσύνθεσης απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια—υπερβολικά στενό πεδίο εφαρμογής και ευαίσθητες πληροφορίες. Είναι γνωστό μόνο ότι μεμονωμένοι δορυφόροι στο διάστημα είναι εξοπλισμένοι με τέτοιες εγκαταστάσεις για συνεχή παροχή ρεύματος στον εξοπλισμό.
Ως παράδειγμα σύγχρονων προϊόντων, εξετάστε τις παραμέτρους θερμογεννήτρια τύπου B25-12... Η ηλεκτρική ισχύς εξόδου του είναι 25W σε τάση 12V. Η θερμοκρασία λειτουργίας της ζεστής ζώνης δεν είναι μεγαλύτερη από 400 μοίρες, το βάρος είναι έως 8,5 κιλά, η τιμή είναι περίπου 15.000 ρούβλια. Τέτοιες γεννήτριες (συνήθως τουλάχιστον 2) χρησιμοποιούνται μαζί με λέβητα αερίου για θέρμανση χώρου.
Σύμφωνα με την ίδια αρχή, πιο ισχυρά μοντέλα TEG με ισχύ 200 Watt. Σε συνδυασμό με λέβητα αερίου για θέρμανση εξοχικών σπιτιών, παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια όχι μόνο για την αυτοματοποίηση του λέβητα και της αντλίας κυκλοφορίας νερού, αλλά και για οικιακές συσκευές και φωτισμό.
Παρά την απλότητα και την αξιοπιστία του (χωρίς κινούμενα μέρη), το TEG δεν έχει υιοθετηθεί ευρέως. Ο λόγος για αυτό είναι η εξαιρετικά χαμηλή απόδοση, η οποία δεν ξεπερνά το 5-7% ακόμη και με ημιαγωγικά υλικά. Οι εταιρείες που αναπτύσσουν τέτοιες γεννήτριες τις κατασκευάζουν σε μικρές παρτίδες κατά παραγγελία. Η έλλειψη μαζικής ζήτησης οδηγεί σε υψηλές τιμές προϊόντων.
Η κατάσταση μπορεί να αλλάξει με την εμφάνιση νέων υλικών για θερμικούς μετατροπείς... Αλλά μέχρι στιγμής, η επιστήμη δεν έχει τίποτα να καυχηθεί: τα καλύτερα δείγματα TEG δεν έχουν καταφέρει να ξεπεράσουν τον συντελεστή απόδοσης 20%. Σε αυτήν την κατάσταση, τα διαφημιστικά φυλλάδια της TEG, όπου η απόδοση δηλώνεται ότι είναι μεγαλύτερη από 90%, φαίνονται κάπως αστεία. Μήπως ήρθε η ώρα οι επιστήμονες να μάθουν από τους ζηλωτές εμπόρους;