Termoelektriska generatorer för elektrisk energi TEG
Materialet berättar om principerna för drift av termoelektriska generatorer och deras användningsområden.
Lejonparten av elen produceras nu av värmekraftverk. Genom att elda fossilt bränsle sätts elgeneratorernas turbiner i rörelse på stationerna med hjälp av en mellanvärmebärare (överhettad ånga). Energiproduktionskedjan är komplex, farlig och dyr. Men det låter dig skapa kraftfulla enheter för att generera elektrisk energi med hög effektivitet (effektivitet).
Finns det något alternativ för enklare omvandling av värme till el? Fysiken säger ja. Tech säger, "Inte än." Om vem som har rätt och vilka är svårigheterna på vägen att omvandla värme till energi, materialet i denna artikel. Metoden för direkt omvandling av värme till elektrisk ström har varit känd sedan 1821, då fenomenet termoelektricitet, idag känt som Seebekov-effekten, upptäcktes.
När kontakten mellan två olika metaller värms upp, uppstår en potentialskillnad i ändarna av ledningarna, och när de är stängda börjar en ström flyta genom kretsen. Fysiker insåg snabbt att storleken på strömmen direkt beror på typen av material, temperaturskillnaden mellan metallens kalla och varma korsningar, metallernas värmeledningsförmåga och motstånd. Stora temperaturskillnader och hög konduktivitet ökar strömmen, medan hög värmeledningsförmåga försvagar effekten.
Efter långa försök att skapa en termoelektrisk generator (TEG) med hjälp av metaller, inklusive ädla, övergavs denna idé. Metaller har ett lågt motstånd, vilket gör det möjligt att separera den rumsliga kalla och varma korsningen, men den höga värmeledningsförmågan och följaktligen värmeflödet från utsidan minskar elementens effektivitet. Den resulterande effektiviteten för TEG-element gjorda av metaller överstiger inte 1-2%. Effekten glömdes bort under lång tid och korsningar av olika metaller användes endast i mätteknik. Dessa är välbekanta termoelement för att mäta temperaturer.
Idag tjänar ättlingarna till den första generatorn geologer, turister och helt enkelt invånare i avlägsna områden.Kraften hos sådana generatorer är liten - från 2 till 20 watt. Kraftfullare (från 25 till 500 W) generatorer är installerade på huvudgasledningar till elverktyg eller katodiskt skydd av rör. Generatorer på 1 kW eller mer kraftstationsutrustning, men kräver högtemperaturvärmekällor: till exempel gas.
Inte mycket att säga om exotiska generatorer som omvandlar värmen från radioaktivt sönderfall direkt till elektricitet - för snäv omfattning och känslig information. Det är bara känt att enskilda satelliter i rymden är utrustade med sådana installationer för kontinuerlig strömförsörjning till utrustningen.
Som ett exempel på moderna produkter, överväg parametrarna termogenerator typ B25-12... Dess elektriska uteffekt är 25W vid en spänning på 12V. Arbetstemperaturen för den varma zonen är inte mer än 400 grader, vikten är upp till 8,5 kg, priset är cirka 15 000 rubel. Sådana generatorer (vanligtvis minst 2) används tillsammans med en gaspanna för uppvärmning av rum.
Enligt samma princip, kraftfullare TEG-modeller med en effekt på 200 watt. Tillsammans med en gaspanna för uppvärmning av stugor tillhandahåller de el inte bara för automatisering av pannan och vattencirkulationspumpen, utan också för hushållsapparater och belysning.
Trots sin enkelhet och tillförlitlighet (inga rörliga delar) har TEG inte blivit allmänt accepterad. Anledningen till detta är den extremt låga verkningsgraden, som inte överstiger 5-7% även med halvledarmaterial. Företag som utvecklar sådana generatorer tillverkar dem i små partier på beställning. Bristen på massefterfrågan leder till höga produktpriser.
Situationen kan förändras med uppkomsten av nya material för termiska omvandlare... Men än så länge har vetenskapen inget att skryta med: de bästa TEG-proverna har inte lyckats klara effektivitetsfaktorn på 20 %. I det här läget ser TEG:s reklambroschyrer, där effektiviteten uppges vara mer än 90 %, lite roliga ut. Kanske är det dags för forskare att lära sig av de nitiska marknadsförarna?