Značilnosti termoelektričnih generatorjev

Termoelektrarne so v svetu priznane kot najcenejša možnost za pridobivanje energije. Vendar pa obstaja alternativa tej metodi, ki je okolju prijazna - termoelektrični generatorji (TEG).

Termoelektrični generator je naprava, katere naloga je pretvarjanje toplotne energije v električno s pomočjo sistema termičnih elementov.

Koncept "toplotne" energije v tem kontekstu se ne razlaga povsem pravilno, saj toplota pomeni le način pretvorbe te energije.

TEG je termoelektrični pojav, ki ga je prvi ponazoril nemški fizik Thomas Seebeck v dvajsetih letih prejšnjega stoletja. Rezultat Seebeckove raziskave interpretirajo kot električni upor v vezju dveh različnih materialov, vendar celoten proces poteka le v odvisnosti od temperature.

Načelo delovanja termoelektričnega generatorja ali, kot ga imenujemo tudi toplotne črpalke, temelji na pretvorbi toplotne energije v električno energijo s pomočjo toplotnih polprevodniških elementov, ki so povezani vzporedno ali zaporedno.

Med raziskavo je nemški znanstvenik ustvaril popolnoma nov Peltierjev učinek., kar nakazuje, da popolnoma različni polprevodniški materiali med spajkanjem omogočajo zaznavanje temperaturne razlike med njihovimi stranskimi točkami.

Toda kako razumeti, kako ta sistem deluje? Vse je precej preprosto, tak koncept temelji na določenem algoritmu: ko se eden od elementov ohladi in drugi segreje, potem dobimo energijo toka in napetosti. Glavna značilnost, ki razlikuje to posebno metodo od ostalih, je, da je tukaj mogoče uporabiti vse vrste virov toplote., vključno s pred kratkim ugasnjenim štedilnikom, svetilko, ognjem ali celo skodelico s samo natočenim čajem. No, hladilni element je najpogosteje zrak ali navadna voda.

Kako so urejeni ti toplotni generatorji? Sestavljeni so iz posebnih toplotnih baterij, ki so izdelane iz prevodniških materialov, in toplotnih izmenjevalnikov heterogenih temperatur termopilnih spojev.

Shema električnega tokokroga je naslednja: polprevodniški termoelementi, pravokotne noge n- in p-tipa, hladne in vroče zlitine vezane plošče in visoka obremenitev.

Med pozitivnimi vidiki termoelektričnega modula je treba opozoriti na možnost uporabe v popolnoma vseh pogojih., tudi v akcijah, in poleg enostavnosti prevoza. Poleg tega nimajo gibljivih delov, ki se hitro obrabijo.

In slabosti vključujejo daleč od nizkih stroškov, nizko učinkovitost (približno 2-3%), pa tudi pomen drugega vira, ki bo zagotovil racionalno temperaturno razliko.

Opozoriti je treba, da znanstveniki se aktivno ukvarjajo z možnostmi za izboljšanje in odpravo vseh napak pri pridobivanju energije na ta način.. Eksperimenti in raziskave potekajo za razvoj najučinkovitejših toplotnih baterij, ki bodo pomagale povečati vrednost učinkovitosti.

Vendar pa je precej težko določiti optimalnost teh možnosti, saj temeljijo izključno na praktičnih kazalnikih, medtem ko nimajo teoretične utemeljitve.

Obstaja teorija, da bodo fiziki na sedanji stopnji uporabili tehnološko novo metodo zamenjave zlitin z učinkovitejšimi, ločeno z uvedbo nanotehnologije. Poleg tega je mogoče uporabiti netradicionalne vire. Tako so na Univerzi v Kaliforniji izvedli poskus, kjer so termalne baterije zamenjali s sintetizirano umetno molekulo, ki je delovala kot vezivo za zlate mikroskopske polprevodnike. Glede na eksperimente je postalo jasno, da bo šele čas pokazal učinkovitost sedanjih raziskav.

Odvisno od načinov pridobivanja električne energije, virov toplote, kot tudi Glede na vrsto vključenih konstrukcijskih elementov so vsi termoelektrični generatorji več vrst.

Gorivo. Toploto pridobivajo pri zgorevanju goriva, ki je premog, zemeljski plin in olje, ter toploto, ki jo pridobivajo pri gorenju pirotehničnih skupin (ceker).

Jedrski termoelektrični generatorji, kjer je vir toplota jedrskega reaktorja (uran-233, uran-235, plutonij-238, torij), pogosto je toplotna črpalka druga in tretja stopnja transformacije.

sončni generatorji tvorijo toploto iz solarnih komunikatorjev, ki jih poznamo v vsakdanjem življenju (ogledala, leče, toplotne cevi).

Koristne naprave proizvajajo toploto iz različnih virov, pri čemer se sprošča odpadna toplota (izpušni in dimni plini ipd.).

radioizotop prejemajo toploto z razpadom in cepitvijo izotopov, za ta proces je značilna nenadzorovanost same cepitve, posledica pa je razpolovna doba elementov.

Gradientni termoelektrični generatorji temeljijo na temperaturni razliki brez zunanjih motenj: med okoljem in krajem poskusa (posebej opremljena oprema, industrijski cevovod itd.) z uporabo začetnega zagonskega toka. Uporabljen je bil navedeni tip termoelektričnega generatorja z izkoriščanjem prejete električne energije iz Seebeckovega učinka za pretvorbo v toplotno energijo po Joule-Lenzovem zakonu.

Termoelektrični generatorji so zaradi nizke učinkovitosti zelo razširjeni kjer ni na voljo drugih možnosti za vir energije in med procesi z velikim pomanjkanjem toplote.

Za to napravo je značilna prisotnost emajlirane površine, vir električne energije, vključno z grelcem. Moč takšne naprave je lahko dovolj za polnjenje mobilne naprave ali drugih naprav z vtičnico avtomobilskega vžigalnika. Na podlagi parametrov lahko sklepamo, da generator lahko deluje brez običajnih pogojev, in sicer brez prisotnosti plina, ogrevalnega sistema in električne energije.

BioLite je predstavil nov model za pohodništvo - prenosni štedilnik, ki ne bo le pogrel hrane, temveč tudi napolnil vašo mobilno napravo. Vse to je mogoče zaradi termoelektričnega generatorja, vgrajenega v to napravo.

V njih je vir energije toplota, ki nastane kot posledica razgradnje elementov v sledovih. Potrebujejo stalno oskrbo z gorivom, zato imajo prednost pred drugimi generatorji. Vendar pa je njihova pomembna pomanjkljivost ta, da je med delovanjem potrebno upoštevati varnostna pravila, saj prihaja do sevanja ioniziranih materialov.

Kljub dejstvu, da je zagon takšnih generatorjev lahko nevaren, tudi za okoljske razmere, je njihova uporaba precej pogosta. na primer njihovo odstranjevanje je možno ne samo na Zemlji, ampak tudi v vesolju. Znano je, da se radioizotopni generatorji uporabljajo za polnjenje navigacijskih sistemov, največkrat tam, kjer ni komunikacijskih sistemov.

Termobaterije delujejo kot pretvorniki, njihova zasnova pa je sestavljena iz električnih merilnih instrumentov, umerjenih v Celziju. Napaka v takih napravah je običajno enaka 0,01 stopinje. Vendar je treba opozoriti, da so te naprave zasnovane za uporabo v območju od minimalne črte absolutne ničle do 2000 stopinj Celzija.

V povezavi z razvojem znanstvenega in tehnološkega napredka ter poglobljenih raziskav v fiziki postaja vse bolj priljubljena uporaba termoelektričnih generatorjev v vozilih za rekuperacijo toplotne energije za predelavo snovi, ki se pridobivajo iz izpušnih sistemov avtomobilov.

Naslednji videoposnetek ponuja pregled sodobnega toplotnega generatorja električne energije za pohod BioLite energy everywhere.