- Čo je to termoelektrický generátor?
- Princíp činnosti
- vyhliadky
- Rozsah použitia a typy termoelektrických generátorov
- Ako urobiť termoelektrický generátor vlastnými rukami?
Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Podľa svetovej štatistiky z celkového počtu vyrobenej elektriny predstavujú tepelné elektrárne viac ako 60%. Ako je známe, prevádzka tepelných elektrární vyžaduje organické palivo, ktorého zásoby nie sú nekonečné. Okrem toho základná technológia procesu nie je šetrná k životnému prostrediu. Ale nízke náklady na organické palivo a vysokú účinnosť tepelných elektrární, umožňuje získať "lacný" elektriny, čo odôvodňuje použitie tejto technológie. Východiskom zo súčasnej situácie sú alternatívne zdroje energie, ako sú termoelektrické generátory (ďalej len TEG), o ktorých sa bude diskutovať v tomto článku.
Čo je to termoelektrický generátor?
Takzvané zariadenie, ktoré vám umožní premeniť tepelnú energiu na elektrickú energiu. Malo by sa objasniť, že pojem "tepelný" nie je úplne presný, pretože teplo je spôsob prenosu a nie samostatný druh energie. Pod touto definíciou sa rozumie celková kinetická energia molekúl, atómov a iných štruktúrnych prvkov, ktoré tvoria látku.
Napriek tomu, že TPP spaľuje palivo na výrobu elektriny, nemožno ho pripisovať TEG. Na týchto staniciach sa tepelná energia najprv premieňa na kinetickú energiu a už na elektrickú energiu. To znamená, že palivo sa spaľuje na výrobu pary z vody, ktorá rotuje turbínu elektrického generátora.
Na základe uvedených skutočností by sa malo objasniť, že TAG by mala vyrábať elektrickú energiu bez prechodných transformácií.
Princíp činnosti
TEG je založený na termoelektrickom fenoméne, ktorý opísal nemecký fyzik Thomas Johann Seebeck začiatkom 20. rokov 19. storočia. Objavil sa výskyt EMF v uzavretom okruhu pozostávajúcom z vodiča a antimónu, s výhradou vzniku teplotných rozdielov v miestach, kde sú tieto materiály v kontakte. Obrázok zariadenia, s ktorým bol tento efekt zaznamenaný, je uvedený nižšie.
Legenda:
- 1 - medený vodič.
- 2 - antimónový vodič.
- 3 - ihla kompasu.
- A a B sú body kontaktu dvoch vodičov.
Keď bol jeden z kontaktov zahrievaný, šípka bola vychýlená, čo indikovalo prítomnosť magnetického poľa spôsobeného EMF. Pri zohrievaní iného kontaktu sa smer EMF zmenil na opačný. Preto, keď je obvod prerušený, je možné fixovať potenciálový rozdiel na jeho koncoch.
O 12 rokov neskôr, keď Seebeck zverejnil výsledky svojich experimentov, francúzsky fyzik Jean Peltier objavil opačný efekt. Ak prúdi cez termočlánok, potom sa na kontaktných miestach týchto látok objaví teplotný rozdiel. Nebudeme uvádzať popis Peltierovej skúsenosti, ako aj údaje o moderných prvkoch rovnakého mena, tieto informácie nájdete na našich webových stránkach.
Obidva tieto účinky sú v skutočnosti opačné strany toho istého termoelektrického javu, ktorý umožňuje priamo vyrábať elektrinu z tepelnej energie. Pred objavením polovodičov však termoelektrický efekt nenašiel praktické uplatnenie v dôsledku neprijateľne nízkej účinnosti. Bolo možné ju zvýšiť na 5% len uprostred vulgárneho storočia. Bohužiaľ, aj v moderných polovodičových prvkoch zostáva tento ukazovateľ na úrovni 8% - 12%, čo neumožňuje považovať generátory tohto typu za vážnych konkurentov TPP.
vyhliadky
V súčasnosti experimenty pokračujú vo výbere optimálnych termočlánkov, čo zvýši účinnosť. Problém je v tom, že je ťažké poskytnúť teoretický základ pre tieto štúdie, takže sa musíte spoliehať len na výsledky experimentov. Vzhľadom na to, že účinok je ovplyvnený percentuálnym pomerom a zložením zliatin materiálu pre termočlánky, je rozprávanie o blízkej budúcnosti nevďačnou úlohou.
Je pravdepodobné, že v blízkej budúcnosti na zlepšenie kvality termoprvkov sa vývojári presunú na inú úroveň výroby zliatiny pre termočlánky s využitím nanotechnológií, kvantačných vrtov atď.
Je možné, že s použitím netradičných materiálov sa vyvinie úplne iný princíp. Ako príklad môžeme uviesť experimenty uskutočnené na Kalifornskej univerzite, kde sa na výmenu termočlánku, ktorý spájal dva zlaté vodiče, použila umelo syntetizovaná molekula.
Prvé experimenty ukázali možnosť realizácie myšlienky, aký sľubný je, čas ukáže.
Rozsah použitia a typy termoelektrických generátorov
Vzhľadom na nízku účinnosť TEG zostávajú dve aplikácie:
- V miestach, kde nie sú k dispozícii iné zdroje elektriny.
- V procesoch, kde dochádza k prebytku tepla.
Tu je niekoľko príkladov takýchto zariadení.
Energopechi
Údaje, zariadenia, ktoré kombinujú tieto funkcie:
- Varná plocha.
- Ohrievač.
- Zdroj elektriny.
Je to vynikajúca vzorka, ktorá kombinuje všetky dve použitia.
V energetickej peci znázornenej na obrázku nasledujúce parametre:
- Hmotnosť - o niečo viac ako 50 kilogramov (bez paliva).
- Rozmery: 65x43x54 cm (s demontovaným komínom).
- Optimálne zaťaženie organickým palivom - 30 litrov. Použitie tvrdého dreva, rašeliny, vŕtanie (nie kameň!) Uhlie je povolené.
- Priemerný tepelný výkon zariadenia je približne 4, 5 kW.
- Výkon elektrického zaťaženia od 45-50 wattov.
- Stabilizované jednosmerné výstupné napätie - 12 V.
Ako vidíte, tieto parametre sú celkom prijateľné pre podmienky, kde nie je elektrina, kúrenie a plyn. Pokiaľ ide o malú elektrickú energiu, dosť stačí nabíjať mobilné zariadenia alebo napájať iné prístroje prostredníctvom adaptéra zo zapaľovača.
Rádioizotop TEG
Zdroj tepla uvoľnený počas rozpadu nestabilných prvkov môže pôsobiť ako zdroj tepla pre TEG. Takéto zdroje sa nazývajú rádioizotopy. Ich hlavnou výhodou je, že sa nevyžaduje konštantné zaťaženie paliva. Nevýhodou je potreba inštalovať ochranu pred ionizujúcim žiarením, nemožnosť dopĺňania paliva a potrebu likvidácie.
Životnosť takýchto zdrojov priamo závisí od polčasu rozpadu látky použitej ako palivo. Nasledujúcim požiadavkám sa predkladajú tieto požiadavky:
- Vysoký koeficient objemovej aktivity, to znamená malé množstvo látky, by mal poskytovať požadovanú úroveň uvoľňovania energie.
- Dlhodobo udržiavajte požadovanú úroveň výkonu. Tento parameter reaguje, ako bolo uvedené vyššie, ovplyvnený polčasom rozpadu, napríklad 29 rokov pre stroncium-90, preto zdroj stratí v tomto čase polovicu svojho výkonu.
- Ionizujúce žiarenie by malo byť vhodné na likvidáciu, to znamená, že by v ňom mali prevládať a-častice.
- Požadovaná úroveň zabezpečenia. To znamená, že ionizujúce žiarenie by nemalo poškodzovať životné prostredie (v prípade prevádzky na zemi) ani zariadenia poháňané takýmto zdrojom.
Izotopy Curium-244, plutónium-238 a stroncium-90, uvedené vyššie, spĺňajú tieto kritériá.
Rozsah použitia RITEG
Napriek vážnym požiadavkám na tieto zdroje je ich rozsah dosť rôznorodý, využívajú sa vo vesmíre aj na zemi. Pod fotografiou sa nachádza RITEG, ktorý pracoval na sonde Cassini. Ako palivo sa použil izotop Plutónium-238. Polčas tohto prvku je o niečo viac ako 87 rokov. Na konci 20-ročnej missy, zdroj produkoval 650 wattov elektrickej energie.
Cassini bol citovaný ako príklad a na úkor masového charakteru je možné konštatovať, že prakticky všetky kozmické lode používajú RITEG na napájanie zariadenia. Bohužiaľ, vlastnosti rádioizotopových energetických zdrojov kozmickej lode sa spravidla neuverejňujú.
Na zemi je situácia približne rovnaká. Technológia RITEG je známa, ale jej detaily sú utajované informácie. Je spoľahlivo známe, že takéto zariadenia sa používajú ako zdroj energie pre navigačné zariadenia v oblastiach, kde z technických dôvodov nie je možné získať elektrickú energiu iným spôsobom. To znamená, že ide o ťažko dostupné regióny.
Bohužiaľ, takéto zdroje nie sú z environmentálneho hľadiska najvhodnejšou alternatívou k tepelným elektrárňam.
Ako urobiť termoelektrický generátor vlastnými rukami?
Na konci vám povieme, ako vytvoriť TAG, ktorý sa dá použiť pri kempovaní, poľovníctve alebo rybolove. Prirodzene, výkon takýchto zariadení bude horší ako výkonové generátory rádioizotopov, ale kvôli nedostupnosti plutónia a jeho nepríjemným vlastnostiam spôsobujúcim škody na ľudskom tele bude musieť byť spokojný s malými.
Budeme potrebovať termoelektrický prvok, napríklad TEC1 12710. Na zvýšenie výkonu sa odporúča použiť niekoľko prvkov zapojených paralelne. Bohužiaľ tu je veľmi vážna nuancia, bude potrebné vybrať prvky s podobnými parametrami, čo je prakticky nemožné pre čínske výrobky, a je drahšie používať značkové výrobky, je ľahšie kúpiť hotový generátor. Ak používate jeden modul Pelte, potom jeho výkon sotva stačí na nabitie telefónu alebo iného zariadenia. Budeme potrebovať aj kovové puzdro, napríklad napájací zdroj pre PC a chladič od procesora.
Hlavné body zhromaždenia:
Naneste termopaste na telo v mieste, kde bude namontovaný termoelektrický prvok, nakloňte ho a upevnite ho radiátorom. V dôsledku toho máme konštrukciu, ako v spodnom obrázku.
Ako palivo je najlepšie použiť "suchý alkohol".
Teraz je potrebné pripojiť regulátor napätia k nášmu zdroju (okruh je možné nájsť na našej internetovej stránke alebo v iných tematických zdrojoch).
Dizajn je pripravený, môžete začať testovanie.