Elektromos energia termoelektromos generátorai TEG

Az anyag a termoelektromos generátorok működési elveiről és alkalmazási területeiről szól.

Az áram oroszlánrészét ma már hőerőművek állítják elő. A fosszilis tüzelőanyag elégetésével a villamos generátorok turbináit az állomásokon köztes hőhordozó (túlhevített gőz) segítségével mozgatják. Az energiatermelési lánc bonyolult, veszélyes és költséges. De lehetővé teszi, hogy nagy teljesítményű egységeket hozzon létre nagy hatékonyságú (hatékony) elektromos energia előállítására.

Van-e alternatíva a hő egyszerűbb villamos energiává alakítására? A fizika szerint igen. Tech azt mondja: "Még nem." Ennek a cikknek az anyaga arról, hogy kinek van igaza és milyen nehézségekbe ütközik a hő energiává alakítása. A hő közvetlen elektromos árammá alakításának módszere 1821 óta ismert, ekkor fedezték fel a termoelektromosság jelenségét, amelyet ma Seebekov-effektusként ismerünk.

Amikor két különböző fém érintkezését felmelegítjük, a vezetékek végein potenciálkülönbség keletkezik, és amikor záródnak, áram kezd átfolyni az áramkörön. A fizikusok hamar rájöttek, hogy az áram nagysága közvetlenül függ az anyagok típusától, a fém hideg és meleg csomópontjai közötti hőmérséklet-különbségtől, a fémek hővezető képességétől és ellenállásától. A nagy hőmérsékletkülönbségek és a nagy vezetőképesség növeli az áramerősséget, míg a nagy hővezető képesség gyengíti a hatást.

Miután hosszú kísérleteket tettek egy termoelektromos generátor (TEG) létrehozására fémek felhasználásával, beleértve a nemeseket is, ezt az ötletet elvetették. A fémek alacsony ellenállásúak, ami lehetővé teszi a térbeli hideg és meleg csomópont elkülönítését, de a nagy hővezető képesség és ennek megfelelően a kívülről érkező hő áramlása csökkenti az elemek hatásfokát. A fémekből készült TEG-elemek eredő hatásfoka nem haladja meg az 1-2%-ot. A hatás sokáig feledésbe merült, és a különböző fémek csomópontjait csak a méréstechnikában alkalmazták. Ezek jól ismert hőelemek a hőmérséklet mérésére.

A TEG első gyakorlati projektjei csak a második világháború előtt jelentek meg. Yofe orosz tudós különböző típusú vezetőképességű félvezetők használatát javasolta egy pár eltérő fém helyett. Ebben az esetben a potenciálkülönbség és a TEG elemek teljesítménye több százszorosára nő. Az első TEG-1 generátort 1942-ben kezdték gyártani, és a "Guerrilla Bowler" nevet kapta. A tűzre szerelt generátor 2-4 watt teljesítményt termel, ami elegendő egy közönséges rádió táplálásához.

Ma az első generátor leszármazottai geológusokat, turistákat és egyszerűen távoli területek lakóit szolgálják ki.Az ilyen generátorok teljesítménye kicsi - 2-20 watt. Erősebb (25-500 W-os) generátorokat szerelnek fel a fő gázvezetékekre az elektromos szerszámokhoz vagy a csövek katódos védelméhez. 1 kW vagy annál nagyobb teljesítményű meteorológiai állomás berendezések, de magas hőmérsékletű hőforrásokat igényelnek: például gázt.

Nem sokat lehet mondani az egzotikus generátorokról, amelyek a radioaktív bomlásból származó hőt közvetlenül elektromos árammá alakítják át – túl szűk hatókör és érzékeny információk. Csak azt tudjuk, hogy az űrben lévő egyes műholdak ilyen berendezésekkel vannak felszerelve a berendezések folyamatos áramellátására.

A modern termékek példájaként vegyük figyelembe a B25-12 típusú termogenerátor paramétereit... Kimenő elektromos teljesítménye 25W 12V feszültség mellett. A forró zóna üzemi hőmérséklete nem haladja meg a 400 fokot, a súlya legfeljebb 8,5 kg, az ár körülbelül 15 000 rubel. Az ilyen generátorokat (általában legalább 2) gázkazánnal együtt használják helyiségfűtésre.

Ugyanezen elv szerint erősebb TEG modellek 200 watt teljesítménnyel. A nyaralók fűtésére szolgáló gázkazánnal párhuzamosan nemcsak a kazán és a keringető szivattyú automatizálásához, hanem a háztartási készülékekhez és a világításhoz is biztosítanak áramot.

Egyszerűsége és megbízhatósága (nincs mozgó alkatrész) ellenére a TEG-t nem alkalmazták széles körben. Ennek oka a rendkívül alacsony hatásfok, amely félvezető anyagoknál sem haladja meg az 5-7%-ot. Az ilyen generátorokat fejlesztő cégek rendelésre kis tételekben gyártják azokat. A tömeges kereslet hiánya magas termékárakhoz vezet.

A helyzet megváltozhat a hőátalakítók új anyagainak megjelenésével... De a tudománynak egyelőre nincs mit dicsekednie: a legjobb TEG mintáknak nem sikerült átlépniük a 20%-os hatásfokt. Ebben a helyzetben kissé viccesnek tűnnek a TEG reklámprospektusai, ahol a hatékonyságot több mint 90%-osnak nyilvánítják. Talán itt az ideje, hogy a tudósok tanuljanak a buzgó marketingesektől?