Termoelektriliste generaatorite omadused

Soojuselektrijaamu on maailmas tunnustatud kui odavaimat energiatootmisvõimalust. Kuid sellele meetodile on olemas alternatiiv, mis on keskkonnasõbralik - termoelektrilised generaatorid (TEG).

Termoelektriline generaator on seade, mille ülesandeks on soojuselementide süsteemi abil soojusenergia muundamine elektriks.

Mõistet "soojusenergia" ei tõlgendata selles kontekstis päris õigesti, kuna soojus tähendab ainult selle energia muundamise meetodit.

TEG on termoelektriline nähtus, mida illustreeris esmakordselt saksa füüsik Thomas Seebeck 1920. aastatel. Seebecki uurimistöö tulemust tõlgendatakse kui elektritakistust kahest erinevast materjalist ahelas, kuid kogu protsess kulgeb ainult sõltuvalt temperatuurist.

Termoelektrilise generaatori või, nagu seda nimetatakse ka soojuspumba, tööpõhimõte põhineb soojusenergia muundamisel elektrienergiaks, kasutades soojuslikke pooljuhtelemente, mis on ühendatud paralleelselt või järjestikku.

Uurimistöö käigus lõi Saksa teadlane täiesti uue Peltieri efekti., mis näitab, et täiesti erinevad pooljuhtmaterjalid jootmise ajal võimaldavad tuvastada nende külgpunktide temperatuuride erinevust.

Aga kuidas mõista, kuidas see süsteem töötab? Kõik on üsna lihtne, selline kontseptsioon põhineb kindlal algoritmil: kui üks elementidest jahutatakse ja teine ​​kuumutatakse, saame voolu ja pinge energia. Peamine omadus, mis seda konkreetset meetodit muust eristab, on see, et siin saab kasutada igasuguseid soojusallikaid., sealhulgas hiljuti välja lülitatud pliit, lamp, tuli või isegi tass ainult valatud teega. Jah, jahutuselement on enamasti õhk või tavaline vesi.

Kuidas need soojusgeneraatorid on paigutatud? Need koosnevad spetsiaalsetest soojuspatareidest, mis on valmistatud juhtivatest materjalidest, ja termopiitide ühenduskohtade heterogeense temperatuuriga soojusvahetitest.

Elektriskeem on järgmine: pooljuhttermopaarid, n- ja p-tüüpi ristkülikukujulised jalad, külm- ja kuumsulamist liimitud plaadid ning suur koormus.

Termoelektrilise mooduli positiivsete külgede hulgas märgitakse võime seda kasutada absoluutselt kõigis tingimustes., sealhulgas kampaaniates ja lisaks transpordilihtsusele. Pealegi pole neil liikuvaid osi, mis kipuvad kiiresti kuluma.

Ja puuduste hulka kuuluvad kaugeltki madalad kulud, madal efektiivsus (ligikaudu 2–3%), aga ka teise allika tähtsus, mis tagab ratsionaalse temperatuuri erinevuse.

Tuleb märkida, et teadlased töötavad aktiivselt selle nimel, et parandada ja kõrvaldada kõik vead sellisel viisil energia hankimisel. Katsed ja uuringud jätkuvad kõige tõhusamate termopatareide väljatöötamiseks, mis aitavad suurendada tõhususe väärtust.

Nende valikute optimaalsust on aga üsna raske kindlaks määrata, kuna need põhinevad ainult praktilistel näitajatel, kuid neil puudub teoreetiline põhjendus.

On olemas teooria, et praeguses etapis hakkavad füüsikud nanotehnoloogia kasutuselevõtuga eraldi kasutama tehnoloogiliselt uut meetodit sulamite asendamiseks tõhusamatega. Lisaks on võimalik kasutada mittetraditsioonilisi allikaid. Nii viidi California ülikoolis läbi eksperiment, kus termopatareid asendati sünteesitud tehismolekuliga, mis toimis kullamikroskoopiliste pooljuhtide sidumismaterjalina. Katsete põhjal sai selgeks, et praeguste uuringute tulemuslikkust näitab vaid aeg.

Sõltuvalt elektrienergia tootmise meetoditest, soojusallikatest, samuti Sõltuvalt kaasatud konstruktsioonielementide tüübist on kõiki termoelektrilisi generaatoreid mitut tüüpi.

Kütus. Nad saavad soojust kütuse põlemisel, milleks on kivisüsi, maagaas ja nafta, samuti soojust, mis saadakse pürotehniliste rühmade (kabe) põletamisel.

Termoelektrilised tuumageneraatorid, milles allikaks on tuumareaktori soojus (uraan-233, uraan-235, plutoonium-238, toorium), sageli on siin soojuspump teisenemise teine ​​ja kolmas etapp.

päikesegeneraatorid moodustama soojust meile igapäevaelus tuntud päikesekommunikaatoritest (peeglid, läätsed, soojustorud).

Kasutamisjaamad toodavad soojust erinevatest allikatest, mille tulemusena eraldub heitsoojust (heit- ja suitsugaasid jne).

radioisotoop saavad soojust isotoopide lagunemise ja lõhustumise teel, seda protsessi iseloomustab lõhustumise enda kontrollimatus ja tulemuseks on elementide poolestusaeg.

Gradienttermoelektrilised generaatorid põhinevad temperatuuride erinevusel ilma välise sekkumiseta: keskkonna ja katsekoha (spetsiaalselt varustatud seadmed, tööstuslik torustik jne) vahel, kasutades algset käivitusvoolu. Antud tüüpi termoelektrilist generaatorit kasutati Seebecki efektist saadud elektrienergia ärakasutamisega soojusenergiaks muundamiseks vastavalt Joule-Lenzi seadusele.

Madala efektiivsuse tõttu kasutatakse termoelektrigeneraatoreid laialdaselt kus muud energiaallika võimalused puuduvad, ja protsesside ajal, kus on märkimisväärne soojuspuudus.

Seda seadet iseloomustab emailitud pinna olemasolu, elektriallikas, sealhulgas kütteseade. Sellise seadme võimsusest võib piisata mobiilseadme või muude seadmete laadimiseks, kasutades auto sigaretisüütaja pesa. Parameetrite põhjal võime järeldada, et generaator on võimeline töötama ilma tavapäraste tingimusteta, nimelt ilma gaasi, küttesüsteemi ja elektrita.

BioLite tutvustas matkamiseks uut mudelit – kaasaskantavat pliiti, mis mitte ainult ei soojenda toitu, vaid laeb ka sinu mobiilseadet. Kõik see on võimalik tänu sellesse seadmesse sisseehitatud termoelektrilisele generaatorile.

Nendes on energiaallikaks soojus, mis tekib mikroelementide lagunemise tulemusena. Nad vajavad pidevat kütusevarustust, seega on neil teistest generaatoritest paremus. Nende oluline puudus on aga see, et töötamise ajal on vaja järgida ohutusreegleid, kuna toimub ioniseeritud materjalide kiirgus.

Hoolimata asjaolust, et selliste generaatorite käivitamine võib olla ohtlik, sealhulgas keskkonnaolukorrale, on nende kasutamine üsna tavaline. Näiteks, nende kõrvaldamine on võimalik mitte ainult Maal, vaid ka kosmoses. Teadaolevalt kasutatakse raadioisotoopide generaatoreid navigatsioonisüsteemide laadimiseks, kõige sagedamini kohtades, kus sidesüsteeme pole.

Termopatareid toimivad muundurina ja nende konstruktsioon koosneb Celsiuse kraadides kalibreeritud elektrilistest mõõteriistadest. Selliste seadmete viga on tavaliselt 0,01 kraadi. Kuid tuleb märkida, et need seadmed on mõeldud kasutamiseks vahemikus absoluutse nulli minimaalsest joonest kuni 2000 kraadini Celsiuse järgi.

Seoses teaduse ja tehnoloogilise progressi arenguga ning süvendatud füüsikauuringutega kogub populaarsust sõidukites termoelektriliste generaatorite kasutamine soojusenergia taaskasutamiseks, et töödelda autode väljalaskesüsteemidest ammutatavaid aineid.

Järgnev video annab ülevaate kaasaegsest soojuselektri generaatorist BioLite energia kõikjal matkal.