Elektros energijos termoelektriniai generatoriai TEG
Medžiagoje pasakojama apie termoelektrinių generatorių veikimo principus ir jų panaudojimo sritis.
Liūto dalį elektros dabar pagamina šiluminės elektrinės. Deginant iškastinį kurą, stotyse tarpinio šilumnešio (perkaitinto garo) pagalba įjungiamos elektros generatorių turbinos. Energijos gamybos grandinė yra sudėtinga, pavojinga ir brangi. Tačiau tai leidžia jums sukurti galingus įrenginius, skirtus didelio efektyvumo (efektyvumo) elektros energijai gaminti.
Ar yra alternatyva lengviau paversti šilumą į elektrą? Fizika sako, kad taip. Technika sako: „Dar ne“. Apie tai, kas teisus ir kokie sunkumai kyla paverčiant šilumą energija, šio straipsnio medžiaga. Tiesioginio šilumos pavertimo elektros srove būdas žinomas nuo 1821 m., kai buvo atrastas termoelektros reiškinys, šiandien žinomas Seebekovo efektu.
Kaitinamas dviejų skirtingų metalų kontaktas, laidų galuose susidaro potencialų skirtumas, o juos uždarius, grandine pradeda tekėti srovė. Fizikai greitai suprato, kad srovės stiprumas tiesiogiai priklauso nuo medžiagų rūšies, temperatūrų skirtumo tarp šalto ir karšto metalo sandūrų, metalų šilumos laidumo ir atsparumo. Dideli temperatūrų skirtumai ir didelis laidumas padidina srovę, o didelis šilumos laidumas susilpnina poveikį.
Po ilgų bandymų sukurti termoelektrinį generatorių (TEG) naudojant metalus, įskaitant tauriuosius, šios idėjos buvo atsisakyta. Metalai turi mažą varžą, todėl galima atskirti erdvinę šalto ir karšto sandūrą, tačiau didelis šilumos laidumas ir atitinkamai šilumos srautas iš išorės mažina elementų efektyvumą. Gautas TEG elementų, pagamintų iš metalų, efektyvumas neviršija 1-2%. Poveikis ilgam buvo pamirštas, o skirtingų metalų sandūros buvo naudojamos tik matavimo technikoje. Tai žinomos termoporos, skirtos temperatūrai matuoti.
Šiandien pirmojo generatoriaus palikuonys aptarnauja geologus, turistus ir tiesiog atokių vietovių gyventojus.Tokių generatorių galia nedidelė - nuo 2 iki 20 vatų. Galingesni (nuo 25 iki 500 W) generatoriai montuojami ant magistralinių dujotiekių prie elektrinių įrankių ar vamzdžių katodinės apsaugos. 1 kW ar didesnės galios orų stočių įrangos generatoriai, tačiau reikalingi aukštos temperatūros šilumos šaltiniai: pavyzdžiui, dujos.
Apie egzotiškus generatorius, kurie radioaktyvaus skilimo šilumą tiesiogiai paverčia elektra, nereikia daug pasakyti – per siaura taikymo sritis ir jautri informacija. Tik žinoma, kad atskiri palydovai kosmose yra aprūpinti tokiais įrenginiais nuolatiniam maitinimui įrangai.
Šiuolaikinių gaminių pavyzdžiu apsvarstykite B25-12 tipo termogeneratoriaus parametrus... Jo išėjimo elektros galia 25W, esant 12V įtampai. Karštos zonos darbinė temperatūra ne aukštesnė kaip 400 laipsnių, svoris iki 8,5 kg, kaina apie 15 000 rublių. Tokie generatoriai (dažniausiai ne mažiau kaip 2) naudojami kartu su dujiniu katilu patalpų šildymui.
Pagal tą patį principą galingesni TEG modeliai, kurių galia 200 vatų. Kartu su dujiniu katilu, skirtu kotedžams šildyti, jie tiekia elektrą ne tik katilo ir vandens cirkuliacinio siurblio automatizavimui, bet ir buitinei technikai bei apšvietimui.
Nepaisant savo paprastumo ir patikimumo (nėra judančių dalių), TEG nebuvo plačiai pritaikytas. To priežastis – itin mažas efektyvumas, kuris net naudojant puslaidininkines medžiagas neviršija 5-7%. Tokius generatorius kuriančios įmonės gamina juos nedidelėmis partijomis pagal užsakymą. Masinės paklausos trūkumas lemia aukštas produktų kainas.
Situacija gali pasikeisti atsiradus naujoms medžiagoms šiluminiams keitikliams... Tačiau kol kas mokslas neturi kuo girtis: geriausiems TEG mėginiams nepavyko peržengti 20% naudingumo koeficiento. Esant tokiai situacijai, TEG reklaminės brošiūros, kuriose deklaruojamas daugiau nei 90% efektyvumas, atrodo kiek juokingai. Galbūt laikas mokslininkams pasimokyti iš uoliųjų rinkodaros specialistų?