Značajke termoelektričnih generatora

Termoelektrane su u svijetu prepoznate kao najjeftinija opcija za proizvodnju energije. Ali postoji alternativa ovoj metodi, koja je ekološki prihvatljiva - termoelektrični generatori (TEG).

Termoelektrični generator je uređaj čija je zadaća pretvaranje toplinske energije u električnu primjenom sustava toplinskih elemenata.

Koncept "toplinske" energije u ovom kontekstu tumači se ne sasvim ispravno, jer toplina znači samo način pretvaranja te energije.

TEG je termoelektrični fenomen koji je prvi ilustrirao njemački fizičar Thomas Seebeck 20-ih godina 19. stoljeća. Rezultat Seebeckovog istraživanja tumači se kao električni otpor u krugu od dva različita materijala, no cijeli se proces odvija samo ovisno o temperaturi.

Princip rada termoelektričnog generatora ili, kako ga još nazivaju, toplinske pumpe, temelji se na pretvaranju toplinske energije u električnu energiju pomoću toplinskih elemenata poluvodiča, koji su spojeni paralelno ili serijski.

Tijekom istraživanja jedan je njemački znanstvenik stvorio potpuno novi Peltierov efekt, što ukazuje da potpuno različiti materijali poluvodiča tijekom lemljenja omogućuju otkrivanje temperaturne razlike između njihovih bočnih točaka.

Ali kako razumjeti kako ovaj sustav funkcionira? Sve je prilično jednostavno, takav se koncept temelji na određenom algoritmu: kada se jedan od elemenata ohladi, a drugi zagrije, tada dobivamo energiju struje i napona. Glavna značajka koja razlikuje ovu metodu od ostalih je da se ovdje mogu koristiti sve vrste izvora topline., uključujući nedavno ugašeni štednjak, svjetiljku, vatru ili čak šalicu s samo izlivenim čajem. Pa, rashladni element je najčešće zrak ili obična voda.

Kako rade ovi generatori topline? Sastoje se od posebnih toplinskih baterija, koje su izrađene od materijala vodiča, i izmjenjivača topline različitih temperatura spojeva termoelementa.

Dijagram električnog kruga izgleda ovako: termoelementi poluvodiča, pravokutne noge n- i p-tipa vodljivosti, spojene ploče hladnih i vrućih legura, kao i veliko opterećenje.

Među pozitivnim aspektima termoelektričnog modula ističe se mogućnost korištenja apsolutno u svim uvjetima., uključujući i na planinarenju, a osim toga, jednostavnost prijevoza. Štoviše, nemaju pokretne dijelove koji se brzo istroše.

A nedostaci uključuju daleko od niske cijene, nisku učinkovitost (otprilike 2-3%), kao i važnost drugog izvora koji će osigurati racionalan pad temperature.

Treba napomenuti da znanstvenici aktivno rade na izgledima za poboljšanje i otklanjanje svih grešaka u dobivanju energije na ovaj način... Eksperimentiranje i istraživanje nastavljaju razvijati najučinkovitije termalne baterije koje će pomoći povećati učinkovitost.

Međutim, prilično je teško odrediti optimalnost ovih opcija, budući da se temelje isključivo na praktičnim pokazateljima, bez teorijske osnove.

Postoji teorija da će u sadašnjoj fazi fizičari koristiti tehnološki novu metodu zamjene legura učinkovitijima, posebno s uvođenjem nanotehnologije. Štoviše, moguća je mogućnost korištenja netradicionalnih izvora. Tako je na Kalifornijskom sveučilištu proveden eksperiment gdje su termalne baterije zamijenjene sintetiziranom umjetnom molekulom, koja je djelovala kao vezivni materijal za zlatne mikroskopske poluvodiče. Prema eksperimentima, postalo je jasno da će samo vrijeme pokazati učinkovitost trenutnog istraživanja.

Ovisno o načinima proizvodnje električne energije, izvorima topline i svi termoelektrični generatori su nekoliko tipova ovisno o vrstama uključenih strukturnih elemenata.

Gorivo. Toplina se dobiva izgaranjem goriva, a to je ugljen, prirodni plin i nafta, kao i toplina dobivena izgaranjem pirotehničkih skupina (dama).

Atomski termoelektrični generatorigdje je izvor toplina atomskog reaktora (uran-233, uran-235, plutonij-238, torij), često je toplinska pumpa druga i treća faza konverzije.

Solarni generatori generiraju toplinu iz solarnih komunikatora koji su nam poznati u svakodnevnom životu (ogledala, leće, toplinske cijevi).

Postrojenja za reciklažu proizvode toplinu iz svih vrsta izvora, što rezultira oslobađanjem otpadne topline (ispušni i dimni plinovi, itd.).

Radioizotop toplina se dobiva raspadom i cijepanjem izotopa, taj proces karakterizira nekontroliranost samog cijepanja, a rezultat je poluživot elemenata.

Gradijentni termoelektrični generatori temelje se na temperaturnoj razlici bez ikakvih vanjskih smetnji: između okoline i mjesta pokusa (posebno opremljena oprema, industrijski cjevovodi, itd.) koristeći početnu početnu struju. Zadani tip termoelektričnog generatora korišten je uz korištenje električne energije dobivene Seebeckovim efektom za pretvorbu u toplinsku energiju prema Joule-Lenzovom zakonu.

Zbog svoje niske učinkovitosti, termoelektrični generatori se široko koriste gdje nema drugih opcija za izvore energije, kao i tijekom procesa sa značajnim nedostatkom topline.

Ovaj uređaj karakterizira prisutnost emajlirane površine, izvora električne energije, uključujući grijač. Snaga takvog uređaja može biti dovoljna za punjenje mobilnog uređaja ili drugih uređaja pomoću utičnice za upaljač za cigarete u automobilu. Na temelju parametara možemo zaključiti da je generator sposoban za rad bez normalnih uvjeta, odnosno bez prisutnosti plina, sustava grijanja i struje.

BioLite je predstavio novi model za planinarenje – prijenosni štednjak koji će ne samo zagrijati hranu, već i napuniti vaš mobilni uređaj. Sve je to moguće zahvaljujući termoelektričnom generatoru ugrađenom u ovaj uređaj.

U njima je izvor energije toplina koja nastaje kao rezultat razgradnje mikroelemenata. Potrebna im je stalna opskrba gorivom, pa imaju superiornost u odnosu na druge generatore. Međutim, njihov značajan nedostatak je to što je tijekom rada potrebno poštivati ​​sigurnosna pravila, jer postoji zračenje ioniziranih materijala.

Unatoč činjenici da lansiranje takvih generatora može biti opasno, uključujući i za okoliš, njihova je uporaba prilično česta. Na primjer, njihovo zbrinjavanje moguće je ne samo na Zemlji, već i u svemiru. Poznato je da se generatori radioizotopa koriste za punjenje navigacijskih sustava, najčešće na mjestima gdje nema komunikacijskih sustava.

Toplinske baterije djeluju kao pretvarači, a njihov dizajn čine električni mjerni instrumenti kalibrirani u Celzijusima. Pogreška u takvim uređajima obično je jednaka 0,01 stupnjeva. No, treba napomenuti da su ovi uređaji dizajnirani za korištenje u rasponu od minimalne linije apsolutne nule do 2000 stupnjeva Celzija.

U vezi s razvojem znanstvenog i tehnološkog napretka, kao i dubinskim istraživanjima u fizici, sve je popularnija upotreba termoelektričnih generatora u vozilima za povrat toplinske energije u svrhu prerade tvari koje se izdvajaju iz ispušnih sustava. automobili.

Sljedeći video daje pregled modernog generatora toplinske struje za planinarenje BioLite energije posvuda.