Thermoelectric generators ng electrical energy TEG

Ang materyal ay nagsasabi tungkol sa mga prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga thermoelectric generators at ang kanilang mga lugar ng aplikasyon.

Ang malaking bahagi ng kuryente ay ginagawa na ngayon ng mga thermal power plant. Sa pamamagitan ng pagsunog ng fossil fuel, ang mga turbine ng mga electric generator ay kumikilos sa mga istasyon sa pamamagitan ng isang intermediate heat carrier (superheated steam). Ang kadena ng produksyon ng enerhiya ay kumplikado, mapanganib at mahal. Ngunit pinapayagan ka nitong lumikha ng makapangyarihang mga yunit para sa pagbuo ng elektrikal na enerhiya na may mataas na kahusayan (kahusayan).

Mayroon bang alternatibo para sa mas madaling pag-convert ng init sa kuryente? Sabi ng Physics oo. Sabi ng Tech, "Hindi pa." Tungkol sa kung sino ang tama at kung ano ang mga paghihirap sa paraan ng pag-convert ng init sa enerhiya, ang materyal ng artikulong ito. Ang paraan ng direktang conversion ng init sa electric current ay kilala mula noong 1821, nang natuklasan ang phenomenon ng thermoelectricity, na kilala ngayon bilang Seebekov effect.

Kapag ang contact ng dalawang magkaibang mga metal ay pinainit, ang isang potensyal na pagkakaiba ay lumitaw sa mga dulo ng mga wire, at kapag sila ay sarado, ang isang kasalukuyang ay nagsisimulang dumaloy sa circuit. Mabilis na napagtanto ng mga physicist na ang magnitude ng kasalukuyang direktang nakasalalay sa uri ng mga materyales, ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng malamig at mainit na mga junction ng metal, ang thermal conductivity at paglaban ng mga metal. Ang malalaking pagkakaiba sa temperatura at mataas na conductivity ay nagpapataas ng kasalukuyang, habang ang mataas na thermal conductivity ay nagpapahina sa epekto.

Matapos ang mahabang pagtatangka na lumikha ng thermoelectric generator (TEG) gamit ang mga metal, kabilang ang mga marangal, ang ideyang ito ay inabandona. Ang mga metal ay may mababang pagtutol, na ginagawang posible na paghiwalayin ang spatial na malamig at mainit na kantong, ngunit ang mataas na thermal conductivity at, nang naaayon, ang daloy ng init mula sa labas ay nagbabawas sa kahusayan ng mga elemento. Ang nagresultang kahusayan ng mga elemento ng TEG na gawa sa mga metal ay hindi lalampas sa 1-2%. Ang epekto ay nakalimutan sa loob ng mahabang panahon at ang mga junction ng hindi magkatulad na mga metal ay ginamit lamang sa pamamaraan ng pagsukat. Ang mga ito ay pamilyar na mga thermocouple para sa pagsukat ng temperatura.

Ang mga unang praktikal na proyekto ng TEG ay lumitaw lamang bago ang Ikalawang Digmaang Pandaigdig. Iminungkahi ng Russian scientist na si Yofe ang paggamit ng mga semiconductor na may iba't ibang uri ng conductivity sa halip na isang pares ng hindi magkatulad na mga metal. Sa kasong ito, ang potensyal na pagkakaiba at ang kapangyarihan ng mga elemento ng TEG ay tumataas nang daan-daang beses. Ang unang TEG-1 generator ay nagsimula sa produksyon noong 1942 at tinawag na "Guerrilla Bowler". Naka-install sa isang apoy, ang generator ay gumagawa ng 2 hanggang 4 watts ng kapangyarihan, sapat na para sa isang ordinaryong radyo.

Ngayon, ang mga inapo ng unang generator ay naglilingkod sa mga geologist, turista at simpleng residente ng mga malalayong lugar.Ang kapangyarihan ng naturang mga generator ay maliit - mula 2 hanggang 20 watts. Ang mas makapangyarihang (mula 25 hanggang 500 W) na mga generator ay naka-install sa pangunahing mga pipeline ng gas hanggang sa mga power tool o cathodic na proteksyon ng mga tubo. Mga generator ng 1 kW o higit pang kagamitan sa power weather station, ngunit nangangailangan ng mataas na temperatura na pinagmumulan ng init: halimbawa, gas.

Walang gaanong masasabi tungkol sa mga kakaibang generator na direktang nagko-convert ng init ng radioactive decay sa kuryente—masyadong makitid ang saklaw at sensitibong impormasyon. Alam lamang na ang mga indibidwal na satellite sa kalawakan ay nilagyan ng naturang mga pag-install para sa tuluy-tuloy na supply ng kuryente sa kagamitan.

Bilang isang halimbawa ng mga modernong produkto, isaalang-alang ang mga parameter thermogenerator type B25-12... Ang output electrical power nito ay 25W sa boltahe ng 12V. Ang temperatura ng pagtatrabaho ng mainit na zone ay hindi hihigit sa 400 degrees, ang timbang ay hanggang sa 8.5 kg, ang presyo ay halos 15,000 rubles. Ang ganitong mga generator (karaniwang hindi bababa sa 2) ay ginagamit kasama ng isang gas boiler para sa pagpainit ng espasyo.

Ayon sa parehong prinsipyo, mas malakas na mga modelo ng TEG na may kapangyarihan na 200 watts. Kasabay ng isang gas boiler para sa mga heating cottage, nagbibigay sila ng kuryente hindi lamang para sa automation ng boiler at water circulation pump, kundi pati na rin para sa mga gamit sa bahay at pag-iilaw.

Sa kabila ng pagiging simple at pagiging maaasahan nito (walang gumagalaw na bahagi), ang TEG ay hindi malawakang pinagtibay. Ang dahilan para dito ay ang napakababang kahusayan, na hindi lalampas sa 5-7% kahit na may mga materyales na semiconductor. Ang mga kumpanyang gumagawa ng mga naturang generator ay gumagawa ng mga ito sa maliliit na batch upang mag-order. Ang kakulangan ng mass demand ay humahantong sa mataas na presyo ng produkto.

Maaaring magbago ang sitwasyon sa paglitaw ng mga bagong materyales para sa mga thermal converter... Ngunit sa ngayon, walang maipagmamalaki ang agham: ang pinakamahusay na mga sample ng TEG ay hindi nakapasa sa 20% na kadahilanan ng kahusayan. Sa sitwasyong ito, ang mga brochure sa advertising ng TEG, kung saan ang kahusayan ay ipinahayag na higit sa 90%, ay medyo nakakatawa. Siguro oras na para matuto ang mga siyentipiko mula sa masigasig na mga namimili?