Termoelektrické generátory elektrickej energie TEG
Materiál hovorí o princípoch fungovania termoelektrických generátorov a oblastiach ich použitia.
Leví podiel elektriny teraz vyrábajú tepelné elektrárne. Spaľovaním fosílnych palív sa na staniciach pomocou medzinosiča tepla (prehriata para) uvádzajú do pohybu turbíny elektrických generátorov. Reťazec výroby energie je zložitý, nebezpečný a drahý. Umožňuje vám však vytvárať výkonné jednotky na výrobu elektrickej energie s vysokou účinnosťou (účinnosťou).
Existuje alternatíva na jednoduchšiu premenu tepla na elektrinu? Fyzika hovorí, že áno. Technik hovorí: "Ešte nie." O tom, kto má pravdu a aké sú ťažkosti na ceste premeny tepla na energiu, je materiál tohto článku. Metóda priamej premeny tepla na elektrický prúd je známa už od roku 1821, kedy bol objavený fenomén termoelektriky, dnes známy ako Seebekov efekt.
Keď sa kontakt dvoch rôznych kovov zahreje, na koncoch drôtov vzniká potenciálny rozdiel a keď sú uzavreté, obvodom začne pretekať prúd. Fyzici si rýchlo uvedomili, že veľkosť prúdu priamo závisí od typu materiálov, teplotného rozdielu medzi studenými a horúcimi spojmi kovu, tepelnej vodivosti a odporu kovov. Veľké teplotné rozdiely a vysoká vodivosť zvyšujú prúd, zatiaľ čo vysoká tepelná vodivosť účinok oslabuje.
Po dlhých pokusoch o vytvorenie termoelektrického generátora (TEG) s použitím kovov, vrátane ušľachtilých, sa od tejto myšlienky upustilo. Kovy majú nízky odpor, čo umožňuje oddeliť priestorový studený a horúci spoj, ale vysoká tepelná vodivosť a tým aj tok tepla zvonku znižuje účinnosť prvkov. Výsledná účinnosť prvkov TEG vyrobených z kovov nepresahuje 1-2%. Efekt bol dlho zabudnutý a spoje rôznych kovov sa používali len v meracej technike. Ide o známe termočlánky na meranie teplôt.
Dnes potomkovia prvého generátora slúžia geológom, turistom a jednoducho obyvateľom odľahlých oblastí.Výkon takýchto generátorov je malý - od 2 do 20 wattov. Výkonnejšie (od 25 do 500 W) generátory sú inštalované na hlavných plynovodoch k elektrickému náradiu alebo katódovej ochrane potrubí. Generátory s výkonom 1 kW alebo viac zariadení meteostanice, ale vyžadujú vysokoteplotné zdroje tepla: napríklad plyn.
Nie je veľa čo povedať o exotických generátoroch, ktoré premieňajú teplo rádioaktívneho rozpadu priamo na elektrinu – príliš úzky rozsah a citlivé informácie. Je známe len to, že jednotlivé satelity vo vesmíre sú vybavené takýmito inštaláciami na nepretržité napájanie zariadení.
Ako príklad moderných produktov uvažujme parametre termogenerátora typu B25-12... Jeho výstupný elektrický výkon je 25W pri napätí 12V. Pracovná teplota horúcej zóny nie je väčšia ako 400 stupňov, hmotnosť je do 8,5 kg, cena je asi 15 000 rubľov. Takéto generátory (zvyčajne najmenej 2) sa používajú spolu s plynovým kotlom na vykurovanie priestorov.
Podľa rovnakého princípu sú výkonnejšie modely TEG s výkonom 200 wattov. V tandeme s plynovým kotlom na vykurovanie chát poskytujú elektrickú energiu nielen pre automatizáciu kotla a obehového čerpadla vody, ale aj pre domáce spotrebiče a osvetlenie.
Napriek svojej jednoduchosti a spoľahlivosti (žiadne pohyblivé časti) nebol TEG široko prijatý. Dôvodom je extrémne nízka účinnosť, ktorá ani pri polovodičových materiáloch nepresahuje 5-7%. Spoločnosti, ktoré vyvíjajú takéto generátory, ich vyrábajú v malých sériách na objednávku. Nedostatok masového dopytu vedie k vysokým cenám produktov.
Situácia sa môže zmeniť s objavením sa nových materiálov pre tepelné konvertory... Zatiaľ sa však veda nemá čím chváliť: najlepšie vzorky TEG nedokázali prejsť faktorom účinnosti 20 %. V tejto situácii vyzerajú reklamné brožúry TEG, kde je účinnosť deklarovaná viac ako 90%, trochu vtipne. Možno je čas, aby sa vedci poučili od horlivých obchodníkov?