Sähköenergian lämpösähköiset generaattorit TEG

Materiaali kertoo lämpösähköisten generaattoreiden toimintaperiaatteista ja niiden käyttöalueista.

Suurin osa sähköstä tuotetaan nyt lämpövoimalaitoksissa. Polttamalla fossiilisia polttoaineita sähkögeneraattoreiden turbiinit saatetaan liikkeelle asemilla välilämmönsiirtoaineen (tulikuumennetun höyryn) avulla. Energian tuotantoketju on monimutkainen, vaarallinen ja kallis. Mutta sen avulla voit luoda tehokkaita yksiköitä sähköenergian tuottamiseksi korkealla hyötysuhteella (tehokkuudella).

Onko olemassa vaihtoehtoa lämmön muuttamiseen sähköksi? Fysiikka sanoo kyllä. Tech sanoo: "Ei vielä." Tietoja siitä, kuka on oikeassa ja mitkä ovat vaikeudet lämmön muuntamisessa energiaksi, tämän artikkelin materiaali. Menetelmä lämmön suoraksi muuntamiseksi sähkövirraksi on tunnettu vuodesta 1821 lähtien, jolloin löydettiin lämpösähköilmiö, joka tunnetaan nykyään nimellä Seebekov-ilmiö.

Kun kahden erilaisen metallin kosketusta kuumennetaan, johtojen päihin syntyy potentiaaliero, ja kun ne suljetaan, virta alkaa kulkea piirin läpi. Fyysikot ymmärsivät nopeasti, että virran suuruus riippuu suoraan materiaalityypistä, metallin kylmän ja kuuman liitoskohdan lämpötilaerosta, metallien lämmönjohtavuudesta ja resistanssista. Suuret lämpötilaerot ja korkea johtavuus lisäävät virtaa, kun taas korkea lämmönjohtavuus heikentää vaikutusta.

Pitkien yritysten jälkeen luoda lämpösähköinen generaattori (TEG) käyttämällä metalleja, mukaan lukien jalometallit, tämä idea hylättiin. Metalleilla on alhainen vastus, mikä mahdollistaa tilan kylmän ja kuuman liitoksen erottamisen, mutta korkea lämmönjohtavuus ja vastaavasti lämmön virtaus ulkopuolelta vähentävät elementtien tehokkuutta. Tuloksena metallista valmistettujen TEG-elementtien hyötysuhde ei ylitä 1-2%. Vaikutus unohdettiin pitkäksi aikaa ja erilaisten metallien liitoksia käytettiin vain mittaustekniikassa. Nämä ovat tuttuja lämpöpareja lämpötilojen mittaamiseen.

Ensimmäiset TEG:n käytännön projektit ilmestyivät vasta ennen toista maailmansotaa. Venäläinen tiedemies Yofe ehdotti puolijohteiden käyttöä eri johtavuustyypeillä erilaisten metallien sijaan. Tässä tapauksessa TEG-elementtien potentiaaliero ja teho kasvavat satoja kertoja. Ensimmäinen TEG-1-generaattori aloitti tuotannon vuonna 1942 ja sitä kutsuttiin "Guerrilla Bowleriksi". Tulen päälle asennettu generaattori tuottaa 2-4 wattia tehoa, joka riittää tavalliseen radioon.

Nykyään ensimmäisen generaattorin jälkeläiset palvelevat geologeja, turisteja ja yksinkertaisesti syrjäisten alueiden asukkaita.Tällaisten generaattoreiden teho on pieni - 2 - 20 wattia. Tehokkaammat (25 - 500 W) generaattorit asennetaan pääkaasuputkiin sähkötyökaluihin tai putkien katodisuojaukseen. Generaattorit, joiden teho on vähintään 1 kW, sääasemalaitteet, mutta vaativat korkean lämpötilan lämmönlähteitä: esimerkiksi kaasun.

Ei paljon sanottavaa eksoottisista generaattoreista, jotka muuttavat radioaktiivisen hajoamisen lämmön suoraan sähköksi – liian kapea soveltamisala ja arkaluontoista tietoa. Tiedetään vain, että yksittäiset satelliitit avaruudessa on varustettu tällaisilla asennuksilla jatkuvaa virransyöttöä varten.

Esimerkkinä nykyaikaisista tuotteista kannattaa harkita lämpögeneraattorin parametreja B25-12... Sen sähköteho on 25W 12V jännitteellä. Kuuman alueen työlämpötila on enintään 400 astetta, paino on jopa 8,5 kg, hinta on noin 15 000 ruplaa. Tällaisia ​​generaattoreita (yleensä vähintään 2) käytetään yhdessä kaasukattilan kanssa tilan lämmitykseen.

Saman periaatteen mukaan tehokkaammat TEG-mallit, joiden teho on 200 wattia. Yhdessä mökkien lämmittämiseen tarkoitetun kaasukattilan kanssa ne tarjoavat sähköä paitsi kattilan ja vesikiertopumpun automatisointiin, myös kodinkoneisiin ja valaistukseen.

Yksinkertaisuudestaan ​​ja luotettavuudestaan ​​(ei liikkuvia osia) huolimatta TEG:tä ei ole otettu laajalti käyttöön. Syynä tähän on erittäin alhainen hyötysuhde, joka ei ylitä 5-7 % edes puolijohdemateriaaleilla. Tällaisia ​​generaattoreita kehittävät yritykset valmistavat niitä pienissä erissä tilauksesta. Massakysynnän puute johtaa tuotteiden korkeisiin hintoihin.

Tilanne saattaa muuttua uusien lämpömuuntimien materiaalien ilmaantumisen myötä... Mutta toistaiseksi tieteellä ei ole kerskumisen aihetta: parhaat TEG-näytteet eivät ole onnistuneet ylittämään 20 % hyötysuhdetta. Tässä tilanteessa TEG:n mainosesitteet, joissa tehokkuuden on ilmoitettu olevan yli 90 %, näyttävät hieman hauskoilta. Ehkä tiedemiesten on aika ottaa oppia innokkailta markkinoijilta?