Χαρακτηριστικά θερμοηλεκτρικών γεννητριών

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί αναγνωρίζονται παγκοσμίως ως η φθηνότερη επιλογή για την παραγωγή ενέργειας. Αλλά υπάρχει μια εναλλακτική σε αυτή τη μέθοδο, η οποία είναι φιλική προς το περιβάλλον - οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (TEG).

Η θερμοηλεκτρική γεννήτρια είναι μια συσκευή της οποίας το καθήκον είναι να μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική με την εφαρμογή ενός συστήματος θερμικών στοιχείων.

Η έννοια της «θερμικής» ενέργειας σε αυτό το πλαίσιο δεν ερμηνεύεται σωστά, καθώς η θερμότητα σημαίνει μόνο μια μέθοδο μετατροπής αυτής της ενέργειας.

Το TEG είναι ένα θερμοηλεκτρικό φαινόμενο που απεικονίστηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανό φυσικό Thomas Seebeck στη δεκαετία του 20 του 19ου αιώνα. Το αποτέλεσμα της έρευνας του Seebeck ερμηνεύεται ως ηλεκτρική αντίσταση σε ένα κύκλωμα δύο διαφορετικών υλικών, αλλά η όλη διαδικασία προχωρά μόνο ανάλογα με τη θερμοκρασία.

Η αρχή της λειτουργίας μιας θερμοηλεκτρικής γεννήτριας ή, όπως ονομάζεται επίσης, μιας αντλίας θερμότητας, βασίζεται στη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας θερμικά στοιχεία ημιαγωγών, τα οποία συνδέονται παράλληλα ή σε σειρά.

Κατά τη διάρκεια της έρευνας, ένα εντελώς νέο φαινόμενο Peltier δημιουργήθηκε από έναν Γερμανό επιστήμονα, πράγμα που δείχνει ότι εντελώς διαφορετικά υλικά ημιαγωγών κατά τη συγκόλληση καθιστούν δυνατή την ανίχνευση της διαφοράς στις θερμοκρασίες μεταξύ των πλευρικών σημείων τους.

Αλλά πώς καταλαβαίνετε πώς λειτουργεί αυτό το σύστημα; Όλα είναι πολύ απλά, μια τέτοια ιδέα βασίζεται σε έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο: όταν ένα από τα στοιχεία ψύχεται και το άλλο θερμαίνεται, τότε παίρνουμε την ενέργεια του ρεύματος και της τάσης. Το κύριο χαρακτηριστικό που διακρίνει τη συγκεκριμένη μέθοδο από τις υπόλοιπες είναι ότι εδώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν κάθε είδους πηγές θερμότητας., συμπεριλαμβανομένης μιας πρόσφατα σβησμένης εστίας, λάμπας, φωτιάς ή ακόμα και ενός φλιτζάνι με μόνο χυμένο τσάι. Λοιπόν, το στοιχείο ψύξης είναι συνήθως ο αέρας ή το συνηθισμένο νερό.

Πώς λειτουργούν αυτές οι θερμικές γεννήτριες; Αποτελούνται από ειδικές θερμικές μπαταρίες, οι οποίες είναι κατασκευασμένες από υλικά αγωγών, και εναλλάκτες θερμότητας διαφορετικών θερμοκρασιών των θερμοστοιχείων.

Το διάγραμμα ηλεκτρικού κυκλώματος μοιάζει με αυτό: θερμοστοιχεία ημιαγωγών, ορθογώνια πόδια αγωγιμότητας τύπου n και p, συνδεδεμένες πλάκες ψυχρών και θερμών κραμάτων, καθώς και υψηλού φορτίου.

Μεταξύ των θετικών πτυχών της θερμοηλεκτρικής μονάδας, σημειώνεται η δυνατότητα χρήσης απολύτως σε όλες τις συνθήκες., συμπεριλαμβανομένων των πεζοποριών, και επιπλέον, ευκολία στη μεταφορά. Επιπλέον, δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη σε αυτά, τα οποία τείνουν να φθείρονται γρήγορα.

Και τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν κάθε άλλο παρά χαμηλό κόστος, χαμηλή απόδοση (περίπου 2-3%), καθώς και τη σημασία μιας άλλης πηγής που θα παρέχει μια λογική πτώση της θερμοκρασίας.

πρέπει να σημειωθεί ότι οι επιστήμονες εργάζονται ενεργά για τις προοπτικές βελτίωσης και εξάλειψης όλων των σφαλμάτων στην απόκτηση ενέργειας με αυτόν τον τρόπο... Πειράματα και έρευνες συνεχίζονται για την ανάπτυξη των πιο αποδοτικών θερμικών μπαταριών που θα συμβάλουν στην αύξηση της απόδοσης.

Ωστόσο, είναι μάλλον δύσκολο να προσδιοριστεί η βελτιστοποίηση αυτών των επιλογών, καθώς βασίζονται αποκλειστικά σε πρακτικούς δείκτες, χωρίς να έχουν θεωρητική βάση.

Υπάρχει μια θεωρία ότι στο παρόν στάδιο οι φυσικοί θα χρησιμοποιήσουν μια τεχνολογικά νέα μέθοδο αντικατάστασης κραμάτων με πιο αποτελεσματικά, χωριστά με την εισαγωγή της νανοτεχνολογίας. Επιπλέον, είναι δυνατή η επιλογή χρήσης μη παραδοσιακών πηγών. Έτσι, στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, πραγματοποιήθηκε ένα πείραμα όπου οι θερμικές μπαταρίες αντικαταστάθηκαν από ένα συνθετικό τεχνητό μόριο, το οποίο λειτουργούσε ως συνδετικό υλικό για χρυσούς μικροσκοπικούς ημιαγωγούς. Σύμφωνα με τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, έγινε σαφές ότι μόνο ο χρόνος θα δείξει την αποτελεσματικότητα της τρέχουσας έρευνας.

Ανάλογα με τις μεθόδους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, πηγές θερμότητας και Όλες οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες είναι διαφόρων τύπων ανάλογα με τους τύπους των δομικών στοιχείων που εμπλέκονται.

Καύσιμα. Η θερμότητα λαμβάνεται από την καύση καυσίμου, που είναι ο άνθρακας, το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο, καθώς και η θερμότητα που λαμβάνεται από την καύση πυροτεχνικών ομάδων (πουλί).

Ατομικές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, στον οποίο η πηγή είναι η θερμότητα ενός ατομικού αντιδραστήρα (ουράνιο-233, ουράνιο-235, πλουτώνιο-238, θόριο), συχνά εδώ μια θερμική αντλία είναι το δεύτερο και το τρίτο στάδιο μετατροπής.

Ηλιακές γεννήτριες παράγουν θερμότητα από ηλιακούς επικοινωνητές που είναι γνωστοί σε εμάς στην καθημερινή ζωή (κάτοπτρα, φακοί, σωλήνες θερμότητας).

Οι μονάδες ανακύκλωσης παράγουν θερμότητα από κάθε είδους πηγές, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση απορριμμάτων θερμότητας (καυσαέρια και καυσαέρια κ.λπ.).

Ραδιοϊσότοπο Η θερμότητα λαμβάνεται με τη διάσπαση και τη διάσπαση των ισοτόπων, αυτή η διαδικασία χαρακτηρίζεται από την ανεξέλεγκτη διάσπαση και το αποτέλεσμα είναι ο χρόνος ημιζωής των στοιχείων.

Θερμοηλεκτρικές γεννήτριες βαθμίδωσης βασίζονται στη διαφορά θερμοκρασίας χωρίς καμία εξωτερική παρέμβαση: μεταξύ του περιβάλλοντος και του χώρου του πειράματος (ειδικά εξοπλισμένος εξοπλισμός, βιομηχανικοί αγωγοί κ.λπ.) χρησιμοποιώντας το αρχικό ρεύμα εκκίνησης. Ο συγκεκριμένος τύπος θερμοηλεκτρικής γεννήτριας χρησιμοποιήθηκε με τη χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας που προέκυψε από το φαινόμενο Seebeck για μετατροπή σε θερμική ενέργεια σύμφωνα με το νόμο Joule-Lenz.

Λόγω της χαμηλής τους απόδοσης, οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες χρησιμοποιούνται ευρέως όπου δεν υπάρχουν άλλες επιλογές για πηγές ενέργειας, καθώς και σε διεργασίες με σημαντικές ελλείψεις θερμότητας.

Αυτή η συσκευή χαρακτηρίζεται από την παρουσία μιας επισμαλτωμένης επιφάνειας, μιας πηγής ηλεκτρικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένου ενός θερμαντήρα. Η ισχύς μιας τέτοιας συσκευής μπορεί να είναι αρκετή για να φορτίσει μια κινητή συσκευή ή άλλες συσκευές που χρησιμοποιούν την υποδοχή αναπτήρα για αυτοκίνητα. Με βάση τις παραμέτρους, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η γεννήτρια μπορεί να λειτουργεί χωρίς κανονικές συνθήκες, δηλαδή χωρίς την παρουσία αερίου, συστήματος θέρμανσης και ηλεκτρικής ενέργειας.

Η BioLite παρουσίασε ένα νέο μοντέλο για πεζοπορία - μια φορητή σόμπα που όχι μόνο θα ζεσταίνει το φαγητό, αλλά θα φορτίζει και την κινητή συσκευή σας. Όλα αυτά είναι δυνατά χάρη στη θερμοηλεκτρική γεννήτρια που είναι ενσωματωμένη σε αυτή τη συσκευή.

Σε αυτά, η πηγή ενέργειας είναι η θερμότητα, η οποία σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διάσπασης των μικροστοιχείων. Χρειάζονται συνεχή παροχή καυσίμου, επομένως έχουν υπεροχή έναντι άλλων γεννητριών. Ωστόσο, το σημαντικό τους μειονέκτημα είναι ότι κατά τη λειτουργία είναι απαραίτητο να τηρούνται οι κανόνες ασφαλείας, καθώς υπάρχει ακτινοβολία από ιονισμένα υλικά.

Παρά το γεγονός ότι η εκτόξευση τέτοιων γεννητριών μπορεί να είναι επικίνδυνη, συμπεριλαμβανομένης της περιβαλλοντικής κατάστασης, η χρήση τους είναι αρκετά συνηθισμένη. Για παράδειγμα, η διάθεσή τους είναι δυνατή όχι μόνο στη Γη, αλλά και στο διάστημα. Είναι γνωστό ότι οι γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων χρησιμοποιούνται για τη φόρτιση συστημάτων πλοήγησης, τις περισσότερες φορές σε μέρη όπου δεν υπάρχουν συστήματα επικοινωνίας.

Οι θερμικές μπαταρίες λειτουργούν ως μετατροπείς και ο σχεδιασμός τους αποτελείται από ηλεκτρικά όργανα μέτρησης βαθμονομημένα σε βαθμούς Κελσίου. Το σφάλμα σε τέτοιες συσκευές είναι συνήθως ίσο με 0,01 μοίρες. Αλλά πρέπει να σημειωθεί ότι αυτές οι συσκευές έχουν σχεδιαστεί για χρήση στην περιοχή από την ελάχιστη γραμμή του απόλυτου μηδέν έως τους 2000 βαθμούς Κελσίου.

Σε σχέση με την ανάπτυξη της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου, καθώς και τη σε βάθος έρευνα στη φυσική, η χρήση θερμοηλεκτρικών γεννητριών σε οχήματα για την ανάκτηση θερμικής ενέργειας κερδίζει δημοτικότητα για την επεξεργασία ουσιών που εξάγονται από τα συστήματα εξάτμισης του αυτοκίνητα.

Το παρακάτω βίντεο παρέχει μια επισκόπηση της σύγχρονης γεννήτριας θερμικής ηλεκτρικής ενέργειας για πεζοπορία ενέργειας BioLite παντού.