Elektrienergia termoelektrilised generaatorid TEG
Materjal räägib termoelektriliste generaatorite tööpõhimõtetest ja nende kasutusvaldkondadest.
Lõviosa elektrist toodavad praegu soojuselektrijaamad. Fossiilkütust põletades pannakse jaamades vahepealse soojuskandja (ülekuumendatud aur) abil liikuma elektrigeneraatorite turbiinid. Energia tootmisahel on keeruline, ohtlik ja kallis. Kuid see võimaldab teil luua võimsaid seadmeid suure kasuteguriga (tõhususega) elektrienergia tootmiseks.
Kas soojuse lihtsamaks muundamiseks elektriks on alternatiivi? Füüsika ütleb jah. Tech ütleb: "Veel mitte." Selle artikli materjal selle kohta, kellel on õigus ja millised on raskused soojuse energiaks muundamisel. Meetod soojuse otseseks muundamiseks elektrivooluks on tuntud alates 1821. aastast, mil avastati termoelektri nähtus, mida tänapäeval tuntakse Seebekovi efektina.
Kahe erineva metalli kontakti kuumutamisel tekib juhtmete otstes potentsiaalide erinevus ja kui need on suletud, hakkab vooluringi läbima vool. Füüsikud mõistsid kiiresti, et voolutugevus sõltub otseselt materjalide tüübist, metalli külma ja kuuma ristmiku temperatuuride erinevusest, metallide soojusjuhtivusest ja takistusest. Suured temperatuuride erinevused ja kõrge juhtivus suurendavad voolu, samas kui kõrge soojusjuhtivus nõrgendab mõju.
Pärast pikki katseid luua termoelektriline generaator (TEG), kasutades metalle, sealhulgas väärismetalle, sellest ideest loobuti. Metallidel on madal takistus, mis võimaldab eraldada ruumilise külma ja kuuma ristmiku, kuid kõrge soojusjuhtivus ja vastavalt sellele ka soojuse vool väljast vähendab elementide efektiivsust. Saadud metallidest valmistatud TEG-elementide efektiivsus ei ületa 1-2%. Efekt oli pikaks ajaks unustatud ja erinevate metallide liitekohti kasutati ainult mõõtmistehnikas. Need on tuttavad termopaarid temperatuuri mõõtmiseks.
Tänapäeval teenindavad esimese generaatori järeltulijad geolooge, turiste ja lihtsalt kaugemate piirkondade elanikke.Selliste generaatorite võimsus on väike - 2 kuni 20 vatti. Võimsamad (25 kuni 500 W) generaatorid paigaldatakse magistraalgaasijuhtmetele elektritööriistade või torude katoodkaitseks. 1 kW või enama võimsusega ilmajaama seadmed, kuid vajavad kõrge temperatuuriga soojusallikaid: näiteks gaasi.
Pole palju öelda eksootiliste generaatorite kohta, mis muundavad radioaktiivse lagunemise soojuse otse elektriks – liiga kitsas ulatus ja tundlik teave. On ainult teada, et kosmose üksikud satelliidid on varustatud selliste seadmete pideva toiteallikaga.
Kaasaegsete toodete näitena kaaluge termogeneraatori tüüp B25-12 parameetreid... Selle väljundelektriline võimsus on 25W pingel 12V. Kuuma tsooni töötemperatuur ei ületa 400 kraadi, kaal on kuni 8,5 kg, hind on umbes 15 000 rubla. Selliseid generaatoreid (tavaliselt vähemalt 2) kasutatakse koos gaasikatlaga ruumide kütmiseks.
Samal põhimõttel võimsamad TEG mudelid võimsusega 200 vatti. Koos suvilate kütmiseks mõeldud gaasikatlaga pakuvad need elektrit mitte ainult katla ja veeringluspumba automatiseerimiseks, vaid ka kodumasinate ja valgustuse jaoks.
Vaatamata oma lihtsusele ja töökindlusele (ilma liikuvate osadeta) pole TEG laialdaselt kasutusele võetud. Selle põhjuseks on ülimadal efektiivsus, mis isegi pooljuhtmaterjalide puhul ei ületa 5-7%. Selliseid generaatoreid arendavad ettevõtted toodavad neid tellimuse peale väikeste partiidena. Massinõudluse puudumine toob kaasa kõrged toodete hinnad.
Olukord võib muutuda koos uute materjalide ilmumisega termomuunduritele... Kuid seni pole teadusel millegagi kiidelda: parimad TEG-proovid pole suutnud 20% efektiivsustegurit ületada. Selles olukorras tunduvad TEG-i reklaambrošüürid, kus efektiivsuseks on deklareeritud üle 90%, kuidagi naljakad. Võib-olla on teadlastel aeg innukate turundajate käest õppida?