Elektriskās enerģijas termoelektriskie ģeneratori TEG
Materiāls stāsta par termoelektrisko ģeneratoru darbības principiem un to pielietojuma jomām.
Lauvas tiesu elektroenerģijas tagad ražo termoelektrostacijas. Dedzinot fosilo kurināmo, stacijās ar starpsiltuma nesēja (pārkarsēta tvaika) palīdzību tiek iedarbinātas elektrisko ģeneratoru turbīnas. Enerģijas ražošanas ķēde ir sarežģīta, bīstama un dārga. Bet tas ļauj jums izveidot jaudīgas vienības elektroenerģijas ražošanai ar augstu efektivitāti (efektivitāti).
Vai ir kāda alternatīva vieglākai siltuma pārvēršanai elektroenerģijā? Fizika saka jā. Tech saka: "Vēl ne." Par to, kam ir taisnība un kādas ir grūtības, pārvēršot siltumu enerģijā, šī raksta materiāls. Siltuma tiešas pārvēršanas elektriskā strāvā metode ir zināma kopš 1821. gada, kad tika atklāts termoelektrības fenomens, ko mūsdienās sauc par Zēbekova efektu.
Kad tiek uzkarsēts divu atšķirīgu metālu kontakts, vadu galos rodas potenciālu starpība, un, kad tie ir aizvērti, caur ķēdi sāk plūst strāva. Fiziķi ātri saprata, ka strāvas stiprums ir tieši atkarīgs no materiālu veida, temperatūras starpības starp metāla auksto un karsto savienojumu, metālu siltumvadītspējas un pretestības. Lielas temperatūras atšķirības un augsta vadītspēja palielina strāvu, bet augsta siltumvadītspēja vājina efektu.
Pēc ilgiem mēģinājumiem izveidot termoelektrisko ģeneratoru (TEG), izmantojot metālus, tostarp cēlos, šī ideja tika atmesta. Metāliem ir zema pretestība, kas ļauj nodalīt telpisko auksto un karsto savienojumu, bet augstā siltumvadītspēja un attiecīgi siltuma plūsma no ārpuses samazina elementu efektivitāti. No metāliem izgatavoto TEG elementu iegūtā efektivitāte nepārsniedz 1-2%. Efekts ilgu laiku tika aizmirsts, un atšķirīgu metālu savienojumi tika izmantoti tikai mērīšanas tehnikā. Tie ir pazīstami termopāri temperatūras mērīšanai.
Mūsdienās pirmā ģeneratora pēcteči apkalpo ģeologus, tūristus un vienkārši attālu apgabalu iedzīvotājus.Šādu ģeneratoru jauda ir maza - no 2 līdz 20 vatiem. Jaudīgāki (no 25 līdz 500 W) ģeneratori tiek uzstādīti uz maģistrālajiem gāzes vadiem elektroinstrumentiem vai cauruļu katodaizsardzībai. Ģeneratori ar 1 kW vai vairāk jaudas meteoroloģisko staciju aprīkojumu, bet tiem ir nepieciešami augstas temperatūras siltuma avoti: piemēram, gāze.
Nav daudz ko teikt par eksotiskiem ģeneratoriem, kas pārvērš radioaktīvās sabrukšanas siltumu tieši elektroenerģijā — pārāk šaura darbības joma un sensitīva informācija. Ir zināms tikai tas, ka atsevišķi kosmosā esošie satelīti ir aprīkoti ar šādām instalācijām nepārtrauktai aprīkojuma barošanai.
Kā piemēru mūsdienu izstrādājumiem ņemiet vērā parametrus termoģeneratora tips B25-12... Tā izejas elektriskā jauda ir 25W pie sprieguma 12V. Karstās zonas darba temperatūra ir ne vairāk kā 400 grādi, svars ir līdz 8,5 kg, cena ir aptuveni 15 000 rubļu. Šādi ģeneratori (parasti vismaz 2) tiek izmantoti kopā ar gāzes katlu telpu apkurei.
Saskaņā ar to pašu principu jaudīgāki TEG modeļi ar jaudu 200 vati. Tandēmā ar gāzes katlu kotedžu apkurei tie nodrošina elektrību ne tikai katla un ūdens cirkulācijas sūkņa automatizācijai, bet arī sadzīves tehnikai un apgaismojumam.
Neskatoties uz vienkāršību un uzticamību (nav kustīgu daļu), TEG nav plaši izmantots. Iemesls tam ir ārkārtīgi zemā efektivitāte, kas pat ar pusvadītāju materiāliem nepārsniedz 5-7%. Uzņēmumi, kas izstrādā šādus ģeneratorus, izgatavo tos nelielās partijās pēc pasūtījuma. Masveida pieprasījuma trūkums rada augstas produktu cenas.
Situācija var mainīties, parādoties jauniem materiāliem termiskiem pārveidotājiem... Taču līdz šim zinātnei nav ar ko lielīties: labākajiem TEG paraugiem nav izdevies pārvarēt 20% lietderības koeficientu. Šajā situācijā TEG reklāmas bukleti, kur efektivitāte ir deklarēta vairāk nekā 90%, izskatās nedaudz smieklīgi. Varbūt ir pienācis laiks zinātniekiem mācīties no dedzīgajiem mārketinga speciālistiem?