Thermo-elektrische generatoren van elektrische energie TEG
Het materiaal vertelt over de werkingsprincipes van thermo-elektrische generatoren en hun toepassingsgebieden.
Het leeuwendeel van de elektriciteit wordt nu geproduceerd door thermische centrales. Door verbranding van fossiele brandstof worden de turbines van de elektrische generatoren op de stations in beweging gebracht door middel van een tussenliggende warmtedrager (oververhitte stoom). De energieproductieketen is complex, gevaarlijk en duur. Maar het stelt u in staat krachtige eenheden te creëren voor het opwekken van elektrische energie met een hoog rendement (efficiëntie).
Is er een alternatief om warmte gemakkelijker om te zetten in elektriciteit? De natuurkunde zegt van wel. Tech zegt: "Nog niet." Over wie gelijk heeft en wat zijn de moeilijkheden bij het omzetten van warmte in energie, het materiaal van dit artikel. De methode van directe omzetting van warmte in elektrische stroom is bekend sinds 1821, toen het fenomeen van thermo-elektriciteit, tegenwoordig bekend als het Seebekov-effect, werd ontdekt.
Wanneer het contact van twee ongelijksoortige metalen wordt verwarmd, ontstaat er een potentiaalverschil aan de uiteinden van de draden en wanneer ze worden gesloten, begint er een stroom door het circuit te stromen. Natuurkundigen realiseerden zich al snel dat de grootte van de stroom rechtstreeks afhangt van het type materiaal, het temperatuurverschil tussen de koude en hete overgangen van het metaal, de thermische geleidbaarheid en weerstand van de metalen. Grote temperatuurverschillen en een hoge geleidbaarheid verhogen de stroom, terwijl een hoge thermische geleidbaarheid het effect verzwakt.
Na lange pogingen om een thermo-elektrische generator (TEG) te maken met behulp van metalen, inclusief edele metalen, werd dit idee verlaten. Metalen hebben een lage weerstand, wat het mogelijk maakt om de ruimtelijke koude en warme overgang te scheiden, maar de hoge thermische geleidbaarheid en dienovereenkomstig de warmtestroom van buitenaf verminderen de efficiëntie van de elementen. De resulterende efficiëntie van TEG-elementen gemaakt van metalen is niet groter dan 1-2%. Het effect werd lange tijd vergeten en verbindingen van ongelijksoortige metalen werden alleen gebruikt in de meettechniek. Dit zijn bekende thermokoppels voor het meten van temperaturen.
Tegenwoordig dienen de afstammelingen van de eerste generator geologen, toeristen en gewoon bewoners van afgelegen gebieden.Het vermogen van dergelijke generatoren is klein - van 2 tot 20 watt. Op hoofdgasleidingen worden krachtigere (van 25 tot 500 W) generatoren geïnstalleerd voor het aandrijven van gereedschappen of kathodische bescherming van leidingen. Generatoren van 1 kW of meer voeden weerstationapparatuur, maar hebben warmtebronnen op hoge temperatuur nodig: bijvoorbeeld gas.
Er valt niet veel te zeggen over exotische generatoren die de warmte van radioactief verval direct in elektriciteit omzetten - een te beperkte reikwijdte en gevoelige informatie. Het is alleen bekend dat individuele satellieten in de ruimte zijn uitgerust met dergelijke installaties voor een continue stroomvoorziening van de apparatuur.
Beschouw als voorbeeld van moderne producten de parameters thermogenerator type B25-12... Het uitgangsvermogen is 25W bij een spanning van 12V. De werktemperatuur van de hete zone is niet meer dan 400 graden, het gewicht is maximaal 8,5 kg, de prijs is ongeveer 15.000 roebel. Dergelijke generatoren (meestal minimaal 2) worden samen met een gasketel gebruikt voor ruimteverwarming.
Volgens hetzelfde principe, krachtigere TEG-modellen met een vermogen van 200 watt. Samen met een gasboiler voor het verwarmen van huisjes leveren ze niet alleen elektriciteit voor de automatisering van de ketel en de watercirculatiepomp, maar ook voor huishoudelijke apparaten en verlichting.
Ondanks zijn eenvoud en betrouwbaarheid (geen bewegende delen), is TEG niet algemeen aanvaard. De reden hiervoor is het extreem lage rendement, dat zelfs bij halfgeleidermaterialen niet hoger is dan 5-7%. Bedrijven die dergelijke generatoren ontwikkelen, maken ze in kleine series op bestelling. Het gebrek aan massale vraag leidt tot hoge productprijzen.
De situatie kan veranderen met het verschijnen van nieuwe materialen voor thermische omvormers... Maar tot nu toe heeft de wetenschap niets om over op te scheppen: de beste TEG-monsters zijn er niet in geslaagd de efficiëntiefactor van 20% te halen. In deze situatie zien de reclamebrochures van TEG, waarin wordt aangegeven dat de efficiëntie meer dan 90% is, er enigszins vreemd uit. Misschien wordt het tijd dat wetenschappers leren van de ijverige marketeers?