Generadors termoelèctrics d'energia elèctrica TEG

El material explica els principis de funcionament dels generadors termoelèctrics i les seves àrees d'aplicació.

La major part de l'electricitat ara la produeixen les centrals tèrmiques. Mitjançant la combustió de combustibles fòssils, les turbines dels generadors elèctrics es posen en moviment a les estacions mitjançant un transportador de calor intermedi (vapor sobreescalfat). La cadena de producció d'energia és complexa, perillosa i cara. Però permet crear potents unitats per a la generació d'energia elèctrica amb alta eficiència (eficiència).

Hi ha una alternativa per facilitar la conversió de la calor en electricitat? La física diu que sí. El tècnic diu: "Encara no". Sobre qui té raó i quines són les dificultats en la manera de convertir la calor en energia, el material d'aquest article. El mètode de conversió directa de calor en corrent elèctric es coneix des del 1821, quan es va descobrir el fenomen de la termoelectricitat, conegut avui com a efecte Seebekov.

Quan s'escalfa el contacte de dos metalls diferents, sorgeix una diferència de potencial als extrems dels cables i, quan estan tancats, comença a fluir un corrent pel circuit. Els físics es van adonar ràpidament que la magnitud del corrent depèn directament del tipus de materials, la diferència de temperatura entre les unions fredes i calentes del metall, la conductivitat tèrmica i la resistència dels metalls. Les grans diferències de temperatura i l'alta conductivitat augmenten el corrent, mentre que l'alta conductivitat tèrmica debilita l'efecte.

Després de llargs intents de crear un generador termoelèctric (TEG) amb metalls, inclosos els nobles, aquesta idea es va abandonar. Els metalls tenen una baixa resistència, cosa que permet separar la unió espacial freda i calenta, però l'alta conductivitat tèrmica i, en conseqüència, el flux de calor des de l'exterior redueixen l'eficiència dels elements. L'eficiència resultant dels elements TEG fets de metalls no supera l'1-2%. L'efecte es va oblidar durant molt de temps i les unions de metalls diferents es van utilitzar només en la tècnica de mesura. Aquests són termoparells coneguts per mesurar temperatures.

Els primers projectes pràctics de TEG van aparèixer només abans de la Segona Guerra Mundial. El científic rus Yofe va suggerir utilitzar semiconductors amb diferents tipus de conductivitat en lloc d'un parell de metalls diferents. En aquest cas, la diferència de potencial i la potència dels elements TEG augmenten centenars de vegades. El primer generador TEG-1 va començar la producció l'any 1942 i es va anomenar "Guerrilla Bowler". Instal·lat al foc, el generador produeix de 2 a 4 watts de potència, suficient per alimentar una ràdio normal.

Avui, els descendents del primer generador serveixen a geòlegs, turistes i simplement residents de zones remotes.La potència d'aquests generadors és petita: de 2 a 20 watts. Els generadors més potents (de 25 a 500 W) s'instal·len als gasoductes principals per a eines elèctriques o protecció catòdica de canonades. Generadors d'1 kW o més d'equips d'estació meteorològica de potència, però requereixen fonts de calor d'alta temperatura: per exemple, gas.

No hi ha gaire a dir sobre els generadors exòtics que converteixen la calor de la desintegració radioactiva directament en electricitat: un abast massa reduït i informació sensible. Només se sap que els satèl·lits individuals de l'espai estan equipats amb aquestes instal·lacions per a l'alimentació contínua de l'equip.

Com a exemple de productes moderns, considereu els paràmetres termogenerador tipus B25-12... La seva potència elèctrica de sortida és de 25W a una tensió de 12V. La temperatura de treball de la zona calenta no supera els 400 graus, el pes és de fins a 8,5 kg, el preu és d'uns 15.000 rubles. Aquests generadors (normalment com a mínim 2) s'utilitzen juntament amb una caldera de gas per a la calefacció d'espais.

Segons el mateix principi, models TEG més potents amb una potència de 200 watts. En conjunt amb una caldera de gas per escalfar cases rurals, proporcionen electricitat no només per a l'automatització de la caldera i la bomba de circulació d'aigua, sinó també per a electrodomèstics i il·luminació.

Malgrat la seva senzillesa i fiabilitat (sense peces mòbils), TEG no ha estat àmpliament adoptat. La raó d'això és l'eficiència extremadament baixa, que no supera el 5-7% fins i tot amb materials semiconductors. Les empreses que desenvolupen aquest tipus de generadors els fabriquen en petits lots per encàrrec. La manca de demanda massiva condueix a preus elevats dels productes.

La situació pot canviar amb l'aparició de nous materials per als convertidors tèrmics... Però fins ara, la ciència no té res de què presumir: les millors mostres de TEG no han aconseguit superar el factor d'eficiència del 20%. En aquesta situació, els fullets publicitaris de TEG, on l'eficiència es declara superior al 90%, semblen una mica divertits. Potser és hora que els científics aprenguin dels entusiastes venedors?