Termoelektriske generatorer av elektrisk energi TEG

Materialet forteller om prinsippene for drift av termoelektriske generatorer og deres bruksområder.

Brorparten av elektrisiteten produseres nå av termiske kraftverk. Ved å brenne fossilt brensel settes turbinene til de elektriske generatorene i bevegelse på stasjonene ved hjelp av en mellomvarmebærer (overhetet damp). Energiproduksjonskjeden er kompleks, farlig og kostbar. Men det lar deg lage kraftige enheter for å generere elektrisk energi med høy effektivitet (effektivitet).

Finnes det et alternativ for enklere konvertering av varme til elektrisitet? Fysikken sier ja. Tech sier: "Ikke ennå." Om hvem som har rett og hva er vanskelighetene på veien for å konvertere varme til energi, materialet i denne artikkelen. Metoden for direkte konvertering av varme til elektrisk strøm har vært kjent siden 1821, da fenomenet termoelektrisitet, kjent i dag som Seebekov-effekten, ble oppdaget.

Når kontakten til to forskjellige metaller varmes opp, oppstår det en potensiell forskjell i endene av ledningene, og når de er lukket, begynner en strøm å strømme gjennom kretsen. Fysikere innså raskt at størrelsen på strømmen direkte avhenger av typen materialer, temperaturforskjellen mellom de kalde og varme kryssene til metallet, den termiske ledningsevnen og motstanden til metallene. Store temperaturforskjeller og høy ledningsevne øker strømmen, mens høy varmeledningsevne svekker effekten.

Etter lange forsøk på å lage en termoelektrisk generator (TEG) ved bruk av metaller, inkludert edle, ble denne ideen forlatt. Metaller har lav motstand, noe som gjør det mulig å skille det romlige kalde og varme krysset, men den høye termiske ledningsevnen og følgelig varmestrømmen fra utsiden reduserer elementenes effektivitet. Den resulterende effektiviteten til TEG-elementer laget av metaller overstiger ikke 1-2%. Effekten ble glemt i lang tid og kryss av forskjellige metaller ble bare brukt i måleteknikk. Dette er kjente termoelementer for å måle temperaturer.

De første praktiske prosjektene til TEG dukket opp først før andre verdenskrig. Den russiske forskeren Yofe foreslo å bruke halvledere med forskjellige typer ledningsevne i stedet for et par forskjellige metaller. I dette tilfellet øker potensialforskjellen og kraften til TEG-elementene hundrevis av ganger. Den første TEG-1-generatoren startet produksjonen i 1942 og ble kalt "Guerrilla Bowler". Installert på brann produserer generatoren 2 til 4 watt strøm, nok til å drive en vanlig radio.

I dag tjener etterkommerne til den første generatoren geologer, turister og ganske enkelt innbyggere i avsidesliggende områder.Kraften til slike generatorer er liten - fra 2 til 20 watt. Kraftigere (fra 25 til 500 W) generatorer er installert på hovedgassrørledninger til elektroverktøy eller katodisk beskyttelse av rør. Generatorer på 1 kW eller mer kraftstasjonsutstyr, men krever varmekilder med høy temperatur: for eksempel gass.

Ikke mye å si om eksotiske generatorer som konverterer varmen fra radioaktivt forfall direkte til elektrisitet - for smalt omfang og sensitiv informasjon. Det er bare kjent at individuelle satellitter i verdensrommet er utstyrt med slike installasjoner for kontinuerlig strømforsyning til utstyret.

Som et eksempel på moderne produkter, vurder parametrene termogenerator type B25-12... Dens elektriske utgangseffekt er 25W ved en spenning på 12V. Arbeidstemperaturen til den varme sonen er ikke mer enn 400 grader, vekten er opptil 8,5 kg, prisen er omtrent 15 000 rubler. Slike generatorer (vanligvis minst 2) brukes sammen med en gasskjele for romoppvarming.

I henhold til samme prinsipp, kraftigere TEG-modeller med en effekt på 200 watt. Sammen med en gasskjele for oppvarming av hytter gir de strøm ikke bare for automatisering av kjelen og vannsirkulasjonspumpen, men også for husholdningsapparater og belysning.

Til tross for sin enkelhet og pålitelighet (ingen bevegelige deler), har TEG ikke blitt brukt i stor grad. Årsaken til dette er den ekstremt lave effektiviteten, som ikke overstiger 5-7% selv med halvledermaterialer. Bedrifter som utvikler slike generatorer lager dem i små partier på bestilling. Mangelen på masseetterspørsel fører til høye produktpriser.

Situasjonen kan endre seg med utseendet til nye materialer for termiske omformere... Men så langt har vitenskapen ingenting å skryte av: de beste TEG-prøvene har ikke klart å bestå effektivitetsfaktoren på 20 %. I denne situasjonen ser TEGs reklamebrosjyrer, der effektiviteten er deklarert til å være over 90 %, noe morsomme ut. Kanskje det er på tide for forskere å lære av de ivrige markedsførerne?