- Što je termoelektrični generator?
- Načelo djelovanja
- planovi
- Područje primjene i vrste termoelektričnih generatora
- Kako napraviti termoelektrični generator vlastitim rukama?
Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!
Prema svjetskoj statistici, od ukupnog broja proizvedene električne energije, termoelektrane sudjeluju s više od 60%. Kao što je poznato, rad termoelektrana zahtijeva organsko gorivo, čije rezerve nisu beskonačne. Osim toga, temeljna procesna tehnologija nije ekološki prihvatljiva. No, niske cijene organskog goriva i visoke učinkovitosti termoelektrana, omogućuje vam da dobijete "jeftini" struje, što opravdava korištenje ove tehnologije. Izlaz iz trenutne situacije su alternativni izvori energije, kao što su termoelektrični generatori (u daljnjem tekstu TEG), o kojima će se raspravljati u ovom članku.
Što je termoelektrični generator?
Takozvani uređaj koji vam omogućuje pretvaranje toplinske energije u električnu energiju. Treba pojasniti da pojam "toplinska" nije posve točan, jer je toplina metoda prijenosa, a ne zasebna vrsta energije. Pod tom definicijom podrazumijevamo ukupnu kinetičku energiju molekula, atoma i drugih strukturnih elemenata koji čine tvar.
Unatoč činjenici da je TE spaljuje gorivo za proizvodnju električne energije, to se ne može pripisati TEG-u. Na takvim stanicama, toplinska energija se najprije pretvara u kinetičku energiju, a već u električnu energiju. To jest, gorivo se spaljuje da bi se dobila para iz vode, koja rotira turbinu električnog generatora.
Na temelju gore navedenog, trebalo bi pojasniti da bi TAG trebao proizvoditi električnu energiju bez međufaznih transformacija.
Načelo djelovanja
TEG se temelji na termoelektričnom fenomenu koji je opisao njemački fizičar Thomas Johann Seebeck početkom 20. stoljeća. Otkrio je pojavu EMF-a u krugu zatvorenog kruga koji se sastoji od vodiča i antimona, podložan stvaranju temperaturnih razlika na mjestima gdje su ti materijali u kontaktu. Slika uređaja s kojim je taj efekt zabilježen prikazana je u nastavku.
legenda:
- 1 - bakreni vodič.
- 2 - antimonov vodič.
- 3 - igla kompasa.
- A i B su točke kontakta dvaju vodiča.
Kada se jedan od kontakata zagrije, strelica je otklonjena, što ukazuje na prisutnost magnetskog polja uzrokovanog EMF-om. Kod zagrijavanja drugog kontakta, smjer EMF-a se promijenio u suprotno. Prema tome, kada je krug prekinut, moguće je fiksirati razliku potencijala na njegovim krajevima.
12 godina kasnije, nakon što je Seebeck objavio rezultate svojih eksperimenata, francuski fizičar Jean Peltier otkrio je suprotan učinak. Ako struja prolazi kroz krug termoelementa, tada se na kontaktnim točkama tih tvari događa temperaturna razlika. Nećemo dati opis Peltier-ovog iskustva, kao i podatke o suvremenim elementima istog naziva, te se informacije mogu naći na našoj web stranici.
U stvari, oba ova efekta su suprotne strane istog termoelektričnog fenomena, što omogućuje izravno proizvodnju električne energije iz toplinske energije. No, prije otkrića poluvodiča, termoelektrični učinak nije naišao na praktičnu primjenu zbog neprihvatljivo niske učinkovitosti. To je bilo moguće podići na 5% samo sredinom vulgarnog stoljeća. Nažalost, čak iu suvremenim poluvodičkim elementima, ovaj pokazatelj ostaje na razini od 8% -12%, što ne dopušta da se generatori te vrste smatraju ozbiljnim konkurentima TE.
planovi
Trenutno se nastavljaju eksperimenti na odabiru optimalnih termoparova, što će povećati učinkovitost. Problem je u tome što je teško dati teoretsku osnovu za ove studije, pa se morate osloniti samo na rezultate eksperimenata. S obzirom na to da na učinak utječe postotni omjer i sastav legura materijala za termoparove, razgovor o bliskoj budućnosti je nezahvalan zadatak.
Vrlo je vjerojatno da će u bliskoj budućnosti poboljšati kvalitetu termoelemenata, a razvijatelji će preći na drugu razinu proizvodnje legure za termoparove koristeći nano-tehnologiju, kvantizacijske bušotine itd.
Moguće je da će se razviti potpuno drugačiji princip koristeći nekonvencionalne materijale. Kao primjer možemo navesti eksperimente provedene na Sveučilištu u Kaliforniji, gdje je umjetna sintetizirana molekula korištena za zamjenu termoelementa, koji je povezivao dva zlatna mikroprovodnika.
Prvi eksperimenti pokazali su mogućnost provedbe ideje, koliko je ona obećavajuća, vrijeme će se pokazati.
Područje primjene i vrste termoelektričnih generatora
S obzirom na nisku učinkovitost za TEG, ostaju dvije primjene:
- Na mjestima gdje drugi izvori električne energije nisu dostupni.
- U procesima gdje je višak topline.
Evo nekoliko primjera takvih uređaja.
Energopechi
Podaci, uređaji koji kombiniraju sljedeće funkcije:
- Površina za kuhanje.
- Grijač.
- Izvor struje.
Ovo je izvrstan uzorak koji kombinira sve dvije uporabe.
U energetskoj peći prikazani su sljedeći parametri:
- Težina - nešto više od 50 kilograma (bez goriva).
- Dimenzije: 65x43x54 cm (s rastavljenim dimnjakom).
- Optimalno punjenje organskog goriva - 30 litara. Dopušteno je korištenje tvrdog, tresetnog, bušenog (ne kamenog!) Ugljena.
- Prosječna toplinska snaga uređaja je oko 4, 5 kW.
- Snaga električnog opterećenja od 45-50 W.
- Stabilni DC izlazni napon - 12 V.
Kao što možete vidjeti, ovi parametri su sasvim prihvatljivi za uvjete u kojima nema struje, grijanja i plina. Što se tiče male električne energije, sasvim je dovoljno puniti mobilne uređaje ili napajati druge uređaje kroz adapter iz upaljača za automobil.
Radioaktivni izotop TEG
Izvor topline oslobođen tijekom raspada nestabilnih elemenata može djelovati kao izvor topline za TEG. Takvi izvori nazivaju se radioizotopi. Njihova glavna prednost je što nije potrebno stalno punjenje goriva. Nedostatak je potreba instaliranja zaštite od ionizirajućeg zračenja, nemogućnosti punjenja goriva i potrebe za odlaganjem.
Životni vijek takvih izvora izravno ovisi o poluživotu tvari koja se koristi kao gorivo. Sljedećim zahtjevima predstavljeni su sljedeći zahtjevi:
- Visok koeficijent volumetrijske aktivnosti, tj. Mala količina tvari treba osigurati željenu razinu oslobađanja energije.
- Zadržite potrebnu razinu snage dulje vrijeme. Ovaj parametar odgovara, kao što je gore navedeno, pod utjecajem poluživota, na primjer, to je 29 godina za stroncij-90, dakle, izvor će izgubiti polovicu svoje snage u to vrijeme.
- Ionizirajuće zračenje treba biti pogodno za odlaganje, tj. U njemu bi trebali prevladati α-čestice.
- Potrebna razina sigurnosti. To jest, ionizirajuće zračenje ne smije štetiti okolišu (u slučaju operacije na tlu) i opremi koju pokreće takav izvor.
Gore spomenuti izotopi curium-244, plutonij-238 i stroncij-90 ispunjavaju ove kriterije.
Opseg primjene RITEG-a
Unatoč ozbiljnim zahtjevima za takvim izvorima, njihov opseg je vrlo raznolik, koriste se iu prostoru i na zemlji. Ispod fotografije je prikazan RITEG, koji je radio na letjelici Cassini. Kao gorivo korišten je izotop plutonij-238. Poluživot ovog elementa je nešto više od 87 godina. Na kraju dvadesetogodišnje gospođe, izvor je proizveo 650 vata električne energije.
Kao primjer se navodi Cassini, a na štetu masovnog karaktera može se reći da praktički sve letjelice koriste RITEG za napajanje opreme. Nažalost, karakteristike radioizotopnih izvora energije letjelica, u pravilu, nisu objavljene.
Na zemlji, situacija je otprilike ista. Poznata je tehnologija RITEG, ali njezini detalji su klasificirani podaci. Pouzdano se zna da se takva postrojenja koriste kao izvor energije za navigacijsku opremu u područjima gdje iz tehničkih razloga nije moguće dobiti električnu energiju na drugi način. To jest, radi se o teško dostupnim regijama.
Nažalost, takvi izvori nisu najpogodnija alternativa termoelektranama s ekološkog stajališta.
Kako napraviti termoelektrični generator vlastitim rukama?
Na kraju ćemo vam reći kako napraviti TAG koji se može koristiti u kampiranju, lovu ili ribolovu. Naravno, snaga takvih uređaja bit će inferiorna u odnosu na radioizotopne generatore energije, ali zbog nedostupnosti plutonija i njegove neugodne osobine da nanese štetu ljudskom tijelu morat će se zadovoljiti malim.
Trebat će nam, na primjer, termoelektrični element TEC1 12710. Preporučljivo je koristiti nekoliko elemenata povezanih paralelno kako bi se povećala snaga. Nažalost, ovdje je vrlo ozbiljna nijansa, bit će potrebno odabrati elemente sa sličnim parametrima, što je za kineske proizvode praktički nemoguće, a korištenje proizvoda s markom je skuplje, lakše je kupiti gotov generator. Ako koristite jedan Pelte modul, njegova snaga je jedva dovoljna za punjenje telefona ili drugog gadgeta. Trebat će nam i metalni ormarić, na primjer, korišteno napajanje računala i hladnjak iz procesora.
Istaknuto u skupštini:
Termopastu nanesite na tijelo na mjestu gdje će se montirati termoelektrični element, nasloniti ga i učvrstiti radijatorom. Kao rezultat toga, imamo konstrukciju, kao na dnu slike.
Kao gorivo najbolje je koristiti "suhi alkohol".
Sada je potrebno priključiti regulator napona na naš izvor (sklop se može naći na našoj web stranici ili u drugim tematskim izvorima).
Dizajn je spreman, možete početi testiranje.