Generatoare termoelectrice de energie electrică TEG
Materialul vorbește despre principiile de funcționare a generatoarelor termoelectrice și domeniile lor de aplicare.
Cea mai mare parte a energiei electrice este acum produsă de centralele termice. Prin arderea combustibililor fosili, turbinele generatoarelor electrice sunt puse în mișcare la stații prin intermediul unui transportator intermediar de căldură (abur supraîncălzit). Lanțul de producție a energiei este complex, periculos și costisitor. Dar vă permite să creați unități puternice pentru generarea de energie electrică cu eficiență (eficiență) ridicată.
Există o alternativă pentru conversia mai ușoară a căldurii în energie electrică? Fizica spune da. Tech spune: „Nu încă”. Despre cine are dreptate și care sunt dificultățile pe calea transformării căldurii în energie, materialul acestui articol. Metoda de conversie directă a căldurii în curent electric este cunoscută încă din 1821, când a fost descoperit fenomenul termoelectricității, cunoscut astăzi ca efect Seebekov.
Când contactul a două metale diferite este încălzit, la capetele firelor apare o diferență de potențial, iar când acestea sunt închise, un curent începe să curgă prin circuit. Fizicienii și-au dat seama rapid că mărimea curentului depinde direct de tipul materialelor, diferența de temperatură dintre joncțiunile reci și fierbinți ale metalului, conductivitatea termică și rezistența metalelor. Diferențele mari de temperatură și conductivitatea ridicată cresc curentul, în timp ce conductivitatea termică ridicată slăbește efectul.
După lungi încercări de a crea un generator termoelectric (TEG) folosind metale, inclusiv cele nobile, această idee a fost abandonată. Metalele au o rezistență scăzută, ceea ce face posibilă separarea joncțiunii spațiale la rece și la cald, dar conductivitatea termică ridicată și, în consecință, fluxul de căldură din exterior reduc eficiența elementelor. Eficiența rezultată a elementelor TEG din metale nu depășește 1-2%. Efectul a fost uitat mult timp și joncțiunile de metale diferite au fost folosite doar în tehnica de măsurare. Acestea sunt termocupluri familiare pentru măsurarea temperaturilor.
Astăzi, descendenții primului generator servesc geologi, turiști și pur și simplu rezidenți din zonele îndepărtate.Puterea unor astfel de generatoare este mică - de la 2 la 20 de wați. Pe conductele principale de gaze sunt instalate generatoare mai puternice (de la 25 la 500 W) la sculele electrice sau protecția catodică a conductelor. Generatoare de 1 kW sau mai mult echipamente de stație meteo, dar necesită surse de căldură la temperatură înaltă: de exemplu, gaz.
Nu sunt multe de spus despre generatoarele exotice care convertesc căldura dezintegrarii radioactive direct în electricitate - un domeniu prea îngust și informații sensibile. Se știe doar că sateliții individuali din spațiu sunt echipați cu astfel de instalații pentru alimentarea continuă a echipamentelor.
Ca exemplu de produse moderne, luați în considerare parametrii termogenerator tip B25-12... Puterea sa electrică de ieșire este de 25W la o tensiune de 12V. Temperatura de lucru a zonei fierbinți nu este mai mare de 400 de grade, greutatea este de până la 8,5 kg, prețul este de aproximativ 15.000 de ruble. Astfel de generatoare (de obicei cel puțin 2) sunt utilizate împreună cu un cazan pe gaz pentru încălzirea spațiului.
Conform aceluiași principiu, modelele TEG mai puternice cu o putere de 200 de wați. În tandem cu un cazan pe gaz pentru încălzirea cabanelor, acestea furnizează energie electrică nu numai pentru automatizarea cazanului și a pompei de circulație a apei, ci și pentru aparatele de uz casnic și iluminatul.
În ciuda simplității și fiabilității sale (fără părți mobile), TEG nu a fost adoptat pe scară largă. Motivul pentru aceasta este randamentul extrem de scăzut, care nu depășește 5-7% chiar și cu materiale semiconductoare. Companiile care dezvoltă astfel de generatoare le fac în loturi mici la comandă. Lipsa cererii în masă duce la prețuri mari ale produselor.
Situația se poate schimba odată cu apariția de noi materiale pentru convertoare termice... Dar până acum, știința nu are cu ce să se laude: cele mai bune probe de TEG nu au reușit să treacă de factorul de eficiență de 20%. În această situație, broșurile publicitare ale TEG, unde eficiența este declarată a fi de peste 90%, arată oarecum amuzant. Poate că este timpul ca oamenii de știință să învețe de la marketerii zeloși?