Termoelektriske generatorer af elektrisk energi TEG
Materialet fortæller om principperne for drift af termoelektriske generatorer og deres anvendelsesområder.
Størstedelen af elektriciteten produceres nu af termiske kraftværker. Ved afbrænding af fossilt brændsel sættes elgeneratorernes turbiner i gang på stationerne ved hjælp af en mellemvarmebærer (overophedet damp). Energiproduktionskæden er kompleks, farlig og dyr. Men det giver dig mulighed for at skabe kraftfulde enheder til at generere elektrisk energi med høj effektivitet (effektivitet).
Findes der et alternativ til lettere omdannelse af varme til el? Fysikken siger ja. Tech siger, "Ikke endnu." Om hvem der har ret, og hvad er vanskelighederne på vejen til at omdanne varme til energi, materialet i denne artikel. Metoden til direkte omdannelse af varme til elektrisk strøm har været kendt siden 1821, hvor fænomenet termoelektricitet, der i dag er kendt som Seebekov-effekten, blev opdaget.
Når kontakten mellem to forskellige metaller opvarmes, opstår der en potentialforskel i enderne af ledningerne, og når de er lukkede, begynder en strøm at strømme gennem kredsløbet. Fysikere indså hurtigt, at størrelsen af strømmen direkte afhænger af typen af materialer, temperaturforskellen mellem metallets kolde og varme kryds, metallernes termiske ledningsevne og modstand. Store temperaturforskelle og høj ledningsevne øger strømmen, mens høj varmeledningsevne svækker effekten.
Efter lange forsøg på at skabe en termoelektrisk generator (TEG) ved hjælp af metaller, herunder ædle, blev denne idé opgivet. Metaller har en lav modstand, hvilket gør det muligt at adskille den rumlige kolde og varme forbindelse, men den høje termiske ledningsevne og følgelig varmestrømmen udefra reducerer elementernes effektivitet. Den resulterende effektivitet af TEG-elementer lavet af metaller overstiger ikke 1-2%. Effekten blev glemt i lang tid, og krydsninger af forskellige metaller blev kun brugt i måleteknik. Det er velkendte termoelementer til temperaturmåling.
I dag tjener efterkommerne af den første generator geologer, turister og simpelthen beboere i fjerntliggende områder.Effekten af sådanne generatorer er lille - fra 2 til 20 watt. Kraftigere (fra 25 til 500 W) generatorer er installeret på hovedgasrørledninger til elværktøj eller katodisk beskyttelse af rør. Generatorer på 1 kW eller mere kraftvejrstationsudstyr, men kræver højtemperaturvarmekilder: for eksempel gas.
Ikke meget at sige om eksotiske generatorer, der omdanner varmen fra radioaktivt henfald direkte til elektricitet - for snævert et omfang og følsomme oplysninger. Det er kun kendt, at individuelle satellitter i rummet er udstyret med sådanne installationer til kontinuerlig strømforsyning til udstyret.
Som et eksempel på moderne produkter skal du overveje parametrene termogenerator type B25-12... Dens elektriske udgangseffekt er 25W ved en spænding på 12V. Arbejdstemperaturen i den varme zone er ikke mere end 400 grader, vægten er op til 8,5 kg, prisen er omkring 15.000 rubler. Sådanne generatorer (normalt mindst 2) bruges sammen med en gaskedel til rumopvarmning.
Efter samme princip, kraftigere TEG-modeller med en effekt på 200 watt. Sammen med en gaskedel til opvarmning af hytter giver de elektricitet ikke kun til automatisering af kedlen og vandcirkulationspumpen, men også til husholdningsapparater og belysning.
På trods af dens enkelhed og pålidelighed (ingen bevægelige dele), er TEG ikke blevet brugt bredt. Årsagen til dette er den ekstremt lave effektivitet, som ikke overstiger 5-7% selv med halvledermaterialer. Virksomheder, der udvikler sådanne generatorer, fremstiller dem i små partier på bestilling. Manglen på masseefterspørgsel fører til høje produktpriser.
Situationen kan ændre sig med fremkomsten af nye materialer til termiske omformere... Men indtil videre har videnskaben intet at prale af: de bedste TEG-prøver har ikke formået at bestå effektivitetsfaktoren på 20 %. I denne situation ser TEG's annoncebrochurer, hvor effektiviteten er erklæret til at være mere end 90%, noget sjove ud. Måske er det på tide, at forskerne lærer af de ivrige marketingfolk?