Elektrik enerjisinin termoelektrik jeneratörleri TEG
Materyal, termoelektrik jeneratörlerin çalışma prensiplerini ve uygulama alanlarını anlatıyor.
Elektriğin aslan payı artık termik santraller tarafından üretiliyor. Fosil yakıt yakılarak, elektrik jeneratörlerinin türbinleri istasyonlarda bir ara ısı taşıyıcı (kızgın buhar) vasıtasıyla harekete geçirilir. Enerji üretim zinciri karmaşık, tehlikeli ve pahalıdır. Ancak, yüksek verimlilikle (verimlilik) elektrik enerjisi üretmek için güçlü birimler oluşturmanıza olanak tanır.
Isıyı elektriğe daha kolay dönüştürmek için bir alternatif var mı? Fizik evet diyor. Tech, "Henüz değil" diyor. Kimin haklı olduğu ve bu makalenin malzemesi olan ısıyı enerjiye dönüştürme yolundaki zorlukların neler olduğu hakkında. Isıyı doğrudan elektrik akımına dönüştürme yöntemi, bugün Seebekov etkisi olarak bilinen termoelektrik fenomeninin keşfedildiği 1821'den beri bilinmektedir.
Birbirine benzemeyen iki metalin teması ısıtıldığında, tellerin uçlarında bir potansiyel farkı oluşur ve bunlar kapandığında devreden bir akım akmaya başlar. Fizikçiler, akımın büyüklüğünün doğrudan malzemelerin türüne, metalin soğuk ve sıcak bağlantıları arasındaki sıcaklık farkına, metallerin termal iletkenliğine ve direncine bağlı olduğunu hemen anladılar. Büyük sıcaklık farkları ve yüksek iletkenlik akımı artırırken, yüksek ısıl iletkenlik etkiyi zayıflatır.
Asil olanlar da dahil olmak üzere metalleri kullanarak bir termoelektrik jeneratörü (TEG) yaratmaya yönelik uzun girişimlerden sonra bu fikir terk edildi. Metaller, mekansal soğuk ve sıcak bağlantıyı ayırmayı mümkün kılan düşük bir dirence sahiptir, ancak yüksek termal iletkenlik ve buna bağlı olarak dışarıdan ısı akışı, elemanların verimliliğini azaltır. Metallerden yapılan TEG elemanlarının ortaya çıkan verimi %1-2'yi geçmez. Etkisi uzun süre unutulmuş ve sadece ölçüm tekniğinde farklı metallerin birleşim yerleri kullanılmıştır. Bunlar, sıcaklıkları ölçmek için bilinen termokupllardır.
Bugün, ilk jeneratörün torunları jeologlara, turistlere ve sadece uzak bölgelerin sakinlerine hizmet ediyor.Bu tür jeneratörlerin gücü küçüktür - 2 ila 20 watt. Elektrikli aletlere veya boruların katodik korumasına giden ana gaz boru hatlarına daha güçlü (25 ila 500 W) jeneratörler kurulur. 1 kW veya daha fazla güç meteoroloji istasyonu ekipmanına sahip jeneratörler, ancak yüksek sıcaklıkta ısı kaynakları gerektirir: örneğin gaz.
Radyoaktif bozunma ısısını doğrudan elektriğe çeviren egzotik jeneratörler hakkında söylenecek fazla bir şey yok - çok dar bir kapsam ve hassas bilgiler. Sadece uzaydaki tek tek uyduların, ekipmana sürekli güç sağlamak için bu tür kurulumlarla donatıldığı bilinmektedir.
Modern ürünlere örnek olarak parametreleri göz önünde bulundurun termojenatör tipi B25-12... Çıkış elektrik gücü, 12V'luk bir voltajda 25W'tır. Sıcak bölgenin çalışma sıcaklığı 400 dereceden fazla değil, ağırlık 8,5 kg'a kadar, fiyatı yaklaşık 15.000 ruble. Bu tür jeneratörler (genellikle en az 2 adet), alan ısıtma için bir gaz kazanı ile birlikte kullanılır.
Aynı prensibe göre, 200 watt gücünde daha güçlü TEG modelleri. Evleri ısıtmak için bir gaz kazanı ile birlikte, sadece kazanın ve su sirkülasyon pompasının otomasyonu için değil, aynı zamanda ev aletleri ve aydınlatma için de elektrik sağlarlar.
Basitliğine ve güvenilirliğine (hareketli parçası olmaması) rağmen, TEG yaygın olarak benimsenmemiştir. Bunun nedeni yarı iletken malzemelerde bile %5-7'yi geçmeyen son derece düşük verimdir. Bu tür jeneratörleri geliştiren şirketler, sipariş üzerine küçük partiler halinde üretmektedir. Kitlesel talebin olmaması, yüksek ürün fiyatlarına yol açar.
Termal dönüştürücüler için yeni malzemelerin ortaya çıkmasıyla durum değişebilir... Ancak şimdiye kadar bilimin övünecek bir şeyi yok: en iyi TEG örnekleri %20 verimlilik faktörünü geçmeyi başaramadı. Bu durumda, verimliliğin %90'ın üzerinde olduğu açıklanan TEG'in reklam broşürleri biraz komik görünüyor. Belki de bilim adamlarının gayretli pazarlamacılardan öğrenme zamanı gelmiştir?