- Какво е термоелектрически генератор?
- Принцип на действие
- перспективи
- Обхват на приложение и видове термоелектрически генератори
- Как да си направим термоелектрически генератор със собствените си ръце?
Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Според световната статистика, от общия брой произведена електроенергия, топлоелектрическите централи са повече от 60%. Както е известно, експлоатацията на топлоелектрическите централи изисква органично гориво, чиито запаси не са безкрайни. В допълнение, основната технологична технология не е щадяща околната среда. Но ниската цена на органичното гориво и високата ефективност на топлоелектрическите централи, ви позволява да получите "евтини" електричество, което оправдава използването на тази технология. Изходът от настоящата ситуация е алтернативните енергийни източници, като термоелектрическите генератори (наричани по-долу ТЕГ), които ще бъдат разгледани в тази статия.
Какво е термоелектрически генератор?
Така нареченото устройство, което ви позволява да преобразувате топлинна енергия в електрическа енергия. Трябва да се изясни, че терминът "термичен" не е напълно точен, тъй като топлината е метод на предаване, а не отделен вид енергия. Под това определение се разбира общата кинетична енергия на молекулите, атомите и другите структурни елементи, които съставляват веществото.
Въпреки факта, че ТЕЦ изгаря горивото за производство на електроенергия, тя не може да бъде приписана на ТЕГ. На такива станции топлинната енергия първо се превръща в кинетична енергия, а вече в електрическа енергия. Тоест, горивото се изгаря, за да се получи пара от водата, която върти турбината на електрическия генератор.
Въз основа на гореизложеното следва да се поясни, че TAG следва да произвежда електроенергия без междинни преобразувания.
Принцип на действие
ТЕГ се основава на термоелектрическото явление, описано от германския физик Томас Йохан Зеебек в началото на 20-те години на 19-ти век. Той открил появата на ЕМП в затворена верига, състояща се от проводник и антимон, подлежаща на създаване на температурни разлики в местата, където тези материали са в контакт. Изображението на устройството, с което е записан този ефект, е представено по-долу.
Легенда:
- 1 - меден проводник.
- 2 - антимон.
- 3 - игла на компаса.
- А и В са точките на контакт на два проводника.
Когато един от контактите се нагрява, стрелката се отклонява, което показва наличието на магнитно поле, причинено от ЕМП. При нагряване на друг контакт посоката на ЕМП се променя в обратната посока. Съответно, когато веригата е прекъсната, е възможно да се фиксира разликата в потенциала в нейните краища.
12 години по-късно, след като Seebeck публикува резултатите от своите експерименти, френският физик Jean Peltier открил обратния ефект. Ако токът преминава през веригата на термодвойката, тогава в контактните точки на тези вещества се появява температурната разлика. Ние няма да даваме описание на опита на Пелтие, както и данни за съвременни елементи със същото име, тази информация може да бъде намерена на нашия уебсайт.
Всъщност, и двата ефекта са противоположни страни на едно и също термоелектрическо явление, което прави възможно директното производство на електричество от топлинна енергия. Но преди откриването на полупроводници термоелектрическият ефект не намери практическо приложение поради неприемливо ниската ефективност. Възможно е да се повиши до 5% само в средата на вулгарен век. За съжаление, дори и в съвременните полупроводникови елементи, този показател остава на ниво от 8% -12%, което не позволява да се разглеждат генераторите от този вид като сериозни конкуренти на ТЕЦ.
перспективи
Понастоящем продължават експериментите за избор на оптимални термодвойки, което ще повиши ефективността. Проблемът е, че е трудно да се предостави теоретична основа за тези изследвания, така че трябва да разчитате само на резултатите от експериментите. Като се има предвид, че ефектът се влияе от процентното съотношение и състава на сплавите на материала за термодвойките, говорим за близкото бъдеще е неблагодарна задача.
Вероятно в близко бъдеще да се подобри качеството на термоелементите, разработчиците ще преминат към друго ниво на производство на сплав за термодвойки, използвайки нанотехнологии, квантуващи ямки и др.
Възможно е да се разработи съвсем различен принцип, използвайки неконвенционални материали. Като пример можем да цитираме експерименти, проведени в Университета на Калифорния, където изкуствена синтезирана молекула е била използвана за замяна на термодвойката, която свързва две златни микропроводници.
Първите експерименти показаха възможността за реализиране на идеята, колко обещаващо е, ще покаже времето.
Обхват на приложение и видове термоелектрически генератори
С оглед на ниската ефективност на ТЕГ остават две приложения:
- На места, където няма други източници на електричество.
- В процеси, където има излишък на топлина.
Ето няколко примера за такива устройства.
Energopechi
Данни, устройства, които съчетават следните функции:
- Повърхността на готвене.
- Нагревател.
- Източникът на електричество.
Това е отлична проба, която съчетава всички две употреби.
В енергийната пещ на фигурата са показани следните параметри:
- Тегло - малко повече от 50 килограма (с изключение на горивото).
- Размери: 65x43x54 см (с разглобен комин).
- Оптимално зареждане на органично гориво - 30 литра. Използването на твърда дървесина, торф, пробиване (не камък!) Е разрешено.
- Средната топлинна мощност на устройството е около 4.5 kW.
- Мощност на електрически товар от 45-50 вата.
- Стабилно DC изходно напрежение - 12 V.
Както виждате, тези параметри са доста приемливи за условия, при които няма електричество, отопление и газ. Що се отнася до малката електроенергия, достатъчно е да зареждате мобилни устройства или да захранвате други приспособления през адаптера от запалката на автомобила.
Радиоизотопен ТЕГ
Топлинният източник, освободен по време на разпадането на нестабилните елементи, може да действа като източник на топлина за ТЕГ. Такива източници се наричат радиоизотопи. Основното им предимство е, че не се изисква постоянно зареждане с гориво. Недостатък е необходимостта от инсталиране на защита срещу йонизиращи лъчения, невъзможността за зареждане с гориво и необходимостта от обезвреждане.
Времето на живот на тези източници зависи пряко от периода на полуразпад на веществото, използвано като гориво. На последните се представят следните изисквания:
- Високият коефициент на обемна активност, т.е. малко количество вещество трябва да осигури желаното ниво на освобождаване на енергия.
- Поддържайте необходимото ниво на мощност за дълго време. Този параметър отговаря, както е отбелязано по-горе, се влияе от полуживота, например, той е 29 години за стронций-90, следователно, източникът ще загуби половината от своята мощност за това време.
- Йонизиращата радиация трябва да е удобна за изхвърляне, т.е. а-частиците трябва да имат предимство в нея.
- Необходимо ниво на защита. Това означава, че йонизиращите лъчения не трябва да увреждат околната среда (в случай на експлоатация на земята) и оборудване, захранвано от такъв източник.
Споменатите по-горе изотопи на куриум-244, плутоний-238 и стронций-90 отговарят на тези критерии.
Обхват на приложение на RITEG
Въпреки сериозните изисквания за такива източници, техният обхват е доста разнообразен, те се използват както в пространството, така и на земята. Под снимката е показан RITEG, който е работил по космическия кораб Cassini. Като гориво се използва изотоп от плутоний-238. Времето на полуразпад на този елемент е малко над 87 години. В края на 20-годишната мисис, източникът произвел 650 вата електричество.
Касини е цитиран като пример и за сметка на масовия характер може да се каже, че практически всички космически кораби използват RITEG за захранване на оборудването. За съжаление, характеристиките на радиоизотопните енергийни източници на космически кораби, като правило, не се публикуват.
На земята ситуацията е почти същата. Технологията RITEG е известна, но нейните подробности са класифицирана информация. Надеждно е да се знае, че такива инсталации се използват като източник на енергия за навигационно оборудване в райони, където по технически причини не е възможно да се получи електричество по друг начин. Тоест, става въпрос за труднодостъпни региони.
За съжаление, такива източници не са най-подходящата алтернатива на топлоелектрическите централи от екологична гледна точка.
Как да си направим термоелектрически генератор със собствените си ръце?
Накрая ще ви кажем как да направите TAG, който може да се използва за къмпинг, лов или риболов. Естествено, силата на такива устройства ще бъде по-ниска от радиоизотопните генератори на енергия, но поради недостъпността на плутония и неприятното му свойство да причинят вреда на човешкото тяло ще трябва да се задоволява с малки.
Ще се нуждаем от термоелектрически елемент, например TEC1 12710. Препоръчително е да се използват няколко елемента, свързани паралелно за увеличаване на мощността. За съжаление тук има много сериозен нюанс, ще е необходимо да се избират елементи с подобни параметри, което е практически невъзможно за китайските продукти, а използването на маркови продукти е по-скъпо, по-лесно е да се купи готов генератор. Ако използвате един модул на Pelte, тогава неговата мощност едва е достатъчна за зареждане на телефона или друга притурка. Ще имаме нужда и от метален корпус, например използвано захранване на компютъра и радиатор от процесора.
Акценти на събранието:
Нанесете термопаста върху тялото на мястото, където ще бъде монтиран термоелектрическият елемент, наклонете го и го фиксирайте с радиатор. В резултат на това имаме конструкция, както в долната фигура.
Като гориво, най-добре е да се използва "сух алкохол".
Сега е необходимо да свържете регулатор на напрежение към нашия източник (веригата може да бъде намерена на нашия уебсайт или в други тематични източници).
Дизайнът е готов, можете да започнете тестване.