Vlastnosti termoelektrických generátorov

Tepelné elektrárne sú vo svete uznávané ako najlacnejšia možnosť výroby energie. Existuje však alternatíva k tejto metóde, ktorá je šetrná k životnému prostrediu - termoelektrické generátory (TEG).

Termoelektrický generátor je zariadenie, ktorého úlohou je premieňať tepelnú energiu na elektrinu aplikáciou sústavy tepelných prvkov.

Pojem „tepelná“ energia sa v tomto kontexte interpretuje nie úplne správne, keďže teplo znamená len spôsob premeny tejto energie.

TEG je termoelektrický jav, ktorý prvýkrát ilustroval nemecký fyzik Thomas Seebeck v 20. rokoch 19. storočia. Výsledok Seebeckovho výskumu je interpretovaný ako elektrický odpor v obvode z dvoch rôznych materiálov, no celý proces prebieha len v závislosti od teploty.

Princíp činnosti termoelektrického generátora, alebo, ako sa tiež nazýva, tepelného čerpadla, je založený na premene tepelnej energie na elektrickú energiu pomocou tepelných prvkov polovodičov, ktoré sú zapojené paralelne alebo sériovo.

V priebehu výskumu nemecký vedec vytvoril úplne nový Peltierov efekt, čo naznačuje, že úplne odlišné materiály polovodičov pri spájkovaní umožňujú zistiť teplotný rozdiel medzi ich bočnými bodmi.

Ale ako pochopiť, ako tento systém funguje? Všetko je celkom jednoduché, takýto koncept je založený na určitom algoritme: keď sa jeden z prvkov ochladí a druhý sa zahrieva, získame energiu prúdu a napätia. Hlavnou črtou, ktorá odlišuje túto konkrétnu metódu od ostatných, je, že tu možno použiť všetky druhy zdrojov tepla., vrátane nedávno vypnutého sporáka, lampy, ohňa či dokonca šálky s iba zaliatym čajom. No a chladiacim prvkom je najčastejšie vzduch alebo obyčajná voda.

Ako fungujú tieto tepelné generátory? Pozostávajú zo špeciálnych tepelných batérií, ktoré sú vyrobené z vodivých materiálov a výmenníkov tepla rôznych teplôt termočlánkových spojov.

Schéma elektrického obvodu vyzerá takto: termočlánky polovodičov, pravouhlé nohy vodivosti typu n a p, spojené dosky zo studených a horúcich zliatin, ako aj vysoké zaťaženie.

Medzi pozitívne aspekty termoelektrického modulu patrí možnosť použitia absolútne za všetkých podmienok., a to aj na túry a okrem toho jednoduchosť prepravy. Navyše v nich nie sú žiadne pohyblivé časti, ktoré sa rýchlo opotrebúvajú.

A nevýhody zahŕňajú ďaleko od nízkych nákladov, nízkej účinnosti (približne 2-3%), ako aj dôležitosť iného zdroja, ktorý poskytne racionálny pokles teploty.

Treba poznamenať, že vedci aktívne pracujú na vyhliadkach na zlepšenie a odstránenie všetkých chýb pri získavaní energie týmto spôsobom... Experimenty a výskum pokračujú s cieľom vyvinúť najefektívnejšie tepelné batérie, ktoré pomôžu zvýšiť účinnosť.

Je však dosť ťažké určiť optimálnosť týchto možností, pretože sú založené výlučne na praktických ukazovateľoch bez toho, aby mali teoretický základ.

Existuje teória, že v súčasnej fáze fyzici využijú technologicky nový spôsob nahradenia zliatin účinnejšími, a to samostatne so zavedením nanotechnológie. Navyše je možná aj možnosť využitia netradičných zdrojov. Na Kalifornskej univerzite sa teda uskutočnil experiment, kde boli tepelné batérie nahradené syntetizovanou umelou molekulou, ktorá fungovala ako spojivový materiál pre zlaté mikroskopické polovodiče. Podľa vykonaných experimentov sa ukázalo, že iba čas ukáže účinnosť súčasného výskumu.

V závislosti od spôsobov výroby elektriny, zdrojov tepla, a všetky termoelektrické generátory sú niekoľkých typov v závislosti od typov použitých konštrukčných prvkov.

Palivo. Teplo sa získava spaľovaním paliva, ktorým je uhlie, zemný plyn a ropa, ako aj teplo získané spaľovaním pyrotechnických skupín (károv).

Atómové termoelektrické generátorykde je zdrojom teplo atómového reaktora (urán-233, urán-235, plutónium-238, tórium), často je tu tepelné čerpadlo druhým a tretím stupňom konverzie.

Solárne generátory generovať teplo zo solárnych komunikátorov, ktoré sú nám známe v každodennom živote (zrkadlá, šošovky, tepelné trubice).

Recyklačné zariadenia vyrábajú teplo zo všetkých druhov zdrojov, čo vedie k uvoľňovaniu odpadového tepla (výfukové plyny a spaliny atď.).

Rádioizotop teplo sa získava rozpadom a štiepením izotopov, tento proces sa vyznačuje nekontrolovateľnosťou samotného štiepenia a výsledkom je polčas rozpadu prvkov.

Gradientné termoelektrické generátory sú založené na teplotnom rozdiele bez akéhokoľvek vonkajšieho zásahu: medzi prostredím a miestom experimentu (špeciálne vybavené zariadenia, priemyselné potrubia atď.) s použitím počiatočného štartovacieho prúdu. Daný typ termoelektrického generátora bol použitý s využitím elektrickej energie získanej Seebeckovým javom na premenu na tepelnú energiu podľa Joule-Lenzovho zákona.

Pre svoju nízku účinnosť sú termoelektrické generátory široko používané kde nie sú iné možnosti zdrojov energie, ako aj pri procesoch s výrazným nedostatkom tepla.

Toto zariadenie sa vyznačuje prítomnosťou smaltovaného povrchu, zdroja elektrickej energie vrátane ohrievača. Výkon takéhoto zariadenia môže stačiť na nabíjanie mobilného zariadenia alebo iných zariadení pomocou zásuvky zapaľovača cigariet pre automobily. Na základe parametrov možno konštatovať, že generátor je schopný prevádzky bez bežných podmienok, a to bez prítomnosti plynu, vykurovacieho systému a elektriny.

BioLite predstavil nový model na turistiku - prenosný varič, ktorý nielen ohreje jedlo, ale aj nabije vaše mobilné zariadenie. To všetko je možné vďaka termoelektrickému generátoru zabudovanému v tomto zariadení.

V nich je zdrojom energie teplo, ktoré vzniká v dôsledku rozkladu mikroelementov. Potrebujú stály prísun paliva, preto majú nad ostatnými generátormi prevahu. Ich významnou nevýhodou je však to, že počas prevádzky je potrebné dodržiavať bezpečnostné pravidlá, pretože dochádza k žiareniu z ionizovaných materiálov.

Napriek tomu, že spustenie takýchto generátorov môže byť nebezpečné, a to aj pre environmentálnu situáciu, ich použitie je celkom bežné. Napríklad, ich likvidácia je možná nielen na Zemi, ale aj vo vesmíre. Je známe, že rádioizotopové generátory sa používajú na nabíjanie navigačných systémov, najčastejšie na miestach, kde nie sú komunikačné systémy.

Tepelné batérie fungujú ako prevodníky a ich dizajn tvoria elektrické meracie prístroje kalibrované v stupňoch Celzia. Chyba v takýchto zariadeniach sa zvyčajne rovná 0,01 stupňa. Treba však poznamenať, že tieto zariadenia sú určené na použitie v rozsahu od minimálnej čiary absolútnej nuly do 2000 stupňov Celzia.

V súvislosti s rozvojom vedeckého a technologického pokroku, ako aj s hĺbkovým výskumom vo fyzike, získava na popularite používanie termoelektrických generátorov vo vozidlách na rekuperáciu tepelnej energie na spracovanie látok extrahovaných z výfukových systémov autá.

Nasledujúce video poskytuje prehľad moderného tepelného generátora elektrickej energie na turistiku BioLite energie všade.