Penjana termoelektrik tenaga elektrik TEG

Bahan ini menceritakan tentang prinsip operasi penjana termoelektrik dan kawasan penggunaannya.

Bahagian terbesar tenaga elektrik kini dihasilkan oleh loji kuasa haba. Dengan membakar bahan api fosil, turbin penjana elektrik digerakkan di stesen melalui pembawa haba perantaraan (wap panas lampau). Rantaian pengeluaran tenaga adalah kompleks, berbahaya dan mahal. Tetapi ia membolehkan anda mencipta unit berkuasa untuk menjana tenaga elektrik dengan kecekapan tinggi (kecekapan).

Adakah terdapat alternatif untuk penukaran haba kepada elektrik yang lebih mudah? Fizik berkata ya. Tech berkata, "Belum lagi." Mengenai siapa yang betul dan apakah kesukaran dalam cara menukar haba kepada tenaga, bahan artikel ini. Kaedah penukaran terus haba kepada arus elektrik telah diketahui sejak 1821, apabila fenomena termoelektrik, yang dikenali hari ini sebagai kesan Seebekov, ditemui.

Apabila sentuhan dua logam yang tidak serupa dipanaskan, perbezaan potensi timbul pada hujung wayar, dan apabila ia ditutup, arus mula mengalir melalui litar. Ahli fizik dengan cepat menyedari bahawa magnitud arus secara langsung bergantung kepada jenis bahan, perbezaan suhu antara simpang sejuk dan panas logam, kekonduksian terma dan rintangan logam. Perbezaan suhu yang besar dan kekonduksian yang tinggi meningkatkan arus, manakala kekonduksian terma yang tinggi melemahkan kesannya.

Selepas percubaan lama untuk mencipta penjana termoelektrik (TEG) menggunakan logam, termasuk yang mulia, idea ini telah ditinggalkan. Logam mempunyai rintangan yang rendah, yang memungkinkan untuk memisahkan persimpangan sejuk dan panas spatial, tetapi kekonduksian terma yang tinggi dan, dengan itu, aliran haba dari luar mengurangkan kecekapan unsur-unsur. Kecekapan terhasil unsur TEG diperbuat daripada logam tidak melebihi 1-2%. Kesannya telah dilupakan untuk masa yang lama dan simpang logam yang tidak serupa digunakan hanya dalam teknik pengukuran. Ini adalah termokopel biasa untuk mengukur suhu.

Projek praktikal pertama TEG muncul hanya sebelum Perang Dunia Kedua. Saintis Rusia Yofe mencadangkan menggunakan semikonduktor dengan pelbagai jenis kekonduksian dan bukannya sepasang logam yang tidak serupa. Dalam kes ini, beza potensi dan kuasa elemen TEG meningkat beratus kali ganda. Penjana TEG-1 pertama memulakan pengeluaran pada tahun 1942 dan dipanggil "Guerilla Bowler". Dipasang di atas api, penjana menghasilkan 2 hingga 4 watt kuasa, cukup untuk menghidupkan radio biasa.

Hari ini, keturunan penjana pertama berkhidmat kepada ahli geologi, pelancong dan hanya penduduk kawasan terpencil.Kuasa penjana sedemikian adalah kecil - dari 2 hingga 20 watt. Penjana yang lebih berkuasa (dari 25 hingga 500 W) dipasang pada saluran paip gas utama kepada alat kuasa atau perlindungan katodik paip. Penjana 1 kW atau lebih peralatan stesen cuaca janakuasa, tetapi memerlukan sumber haba suhu tinggi: contohnya, gas.

Tidak banyak yang boleh dikatakan tentang penjana eksotik yang menukar haba pereputan radioaktif terus kepada elektrik—skop yang terlalu sempit dan maklumat sensitif. Hanya diketahui bahawa satelit individu di ruang angkasa dilengkapi dengan pemasangan sedemikian untuk bekalan kuasa berterusan kepada peralatan.

Sebagai contoh produk moden, pertimbangkan parameter thermogenerator jenis B25-12... Kuasa elektrik keluarannya ialah 25W pada voltan 12V. Suhu kerja zon panas tidak lebih daripada 400 darjah, beratnya sehingga 8.5 kg, harganya kira-kira 15,000 rubel. Penjana sedemikian (biasanya sekurang-kurangnya 2) digunakan bersama dengan dandang gas untuk pemanasan ruang.

Mengikut prinsip yang sama, model TEG yang lebih berkuasa dengan kuasa 200 watt. Selaras dengan dandang gas untuk memanaskan kotej, mereka menyediakan elektrik bukan sahaja untuk automasi dandang dan pam edaran air, tetapi juga untuk peralatan rumah tangga dan pencahayaan.

Walaupun kesederhanaan dan kebolehpercayaannya (tiada bahagian bergerak), TEG belum diterima pakai secara meluas. Sebabnya adalah kecekapan yang sangat rendah, yang tidak melebihi 5-7% walaupun dengan bahan semikonduktor. Syarikat yang membangunkan penjana sedemikian menjadikannya dalam kelompok kecil untuk dipesan. Kekurangan permintaan besar-besaran membawa kepada harga produk yang tinggi.

Keadaan mungkin berubah dengan kemunculan bahan baharu untuk penukar haba... Tetapi setakat ini, sains tidak perlu dibanggakan: sampel TEG terbaik tidak berjaya melepasi faktor kecekapan 20%. Dalam situasi ini, risalah pengiklanan TEG, di mana kecekapan diisytiharkan lebih daripada 90%, kelihatan agak lucu. Mungkin sudah tiba masanya untuk saintis belajar daripada pemasar yang bersemangat?