Termoelektrični Generatorji: Radioizotop In Drugi. Načelo Delovanja Generatorjev Energije Za Industrijsko Uporabo. Njihova Naprava

2024 Avtor: Beatrice Philips | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 05:58

Termoelektrarne so v svetu priznane kot najcenejša možnost za pridobivanje energije. Obstaja pa alternativa tej metodi, ki je okolju prijazna - termoelektrični generatorji (TEG).

Kaj je to?

Termoelektrični generator je naprava, katere naloga je pretvoriti toplotno energijo v električno s pomočjo sistema toplotnih elementov.

Koncept "toplotne" energije se v tem kontekstu ne razlaga povsem pravilno, saj toplota pomeni le način pretvorbe te energije.

TEG je termoelektrični pojav, ki ga je prvi predstavil nemški fizik Thomas Seebeck v dvajsetih letih 19. stoletja . Rezultat Seebeckove raziskave se razlaga kot električni upor v vezju dveh različnih materialov, vendar se celoten proces nadaljuje le glede na temperaturo.

Naprava in načelo delovanja

Načelo delovanja termoelektričnega generatorja ali, kot ga imenujejo tudi toplotne črpalke, temelji na pretvorbi toplotne energije v električno z uporabo toplotnih elementov polprevodnikov, ki so povezani vzporedno ali zaporedno.

Med raziskavami je nemški znanstvenik ustvaril popolnoma nov Peltierjev učinek , kar kaže, da popolnoma različni materiali polprevodnikov med spajkanjem omogočajo zaznavanje temperaturne razlike med njihovimi stranskimi točkami.

Kako pa razumete, kako ta sistem deluje? Vse je precej preprosto, tak koncept temelji na določenem algoritmu: ko se eden od elementov ohladi, drugi pa segreje, potem dobimo energijo toka in napetosti. Glavna značilnost, ki to posebno metodo razlikuje od ostalih, je, da se tukaj lahko uporabljajo vse vrste virov toplote ., vključno z nedavno izklopljenim štedilnikom, svetilko, ognjem ali celo skodelico samo z nalivenim čajem. No, hladilni element je najpogosteje zrak ali navadna voda.

Kako delujejo ti toplotni generatorji? Sestavljeni so iz posebnih termičnih baterij, izdelanih iz prevodnih materialov, in toplotnih izmenjevalnikov različnih temperatur na stičiščih termopilov.

Shema električnega vezja izgleda tako: termoelementi polprevodnikov, pravokotne noge prevodnosti n- in p-vrste, povezane plošče iz hladnih in vročih zlitin ter velika obremenitev.

Med pozitivnimi vidiki termoelektričnega modula je navedena možnost uporabe v vseh pogojih ., tudi na pohodih, poleg tega pa tudi enostavnost prevoza. Poleg tega v njih ni gibljivih delov, ki se hitro obrabijo.

Slabosti pa še zdaleč niso nizki stroški, nizek izkoristek (približno 2-3%), pa tudi pomen drugega vira, ki bo zagotovil racionalen padec temperature.

Treba je opozoriti, da znanstveniki aktivno delajo na možnostih za izboljšanje in odpravo vseh napak pri pridobivanju energije na ta način … V teku so poskusi in raziskave za razvoj najučinkovitejših termičnih baterij, ki bodo pomagale povečati učinkovitost.

Optimalnost teh možnosti pa je precej težko določiti, saj temeljijo le na praktičnih kazalnikih, ne da bi imeli teoretično podlago.

Glede na vse pomanjkljivosti, in sicer na neustreznost materialov za termopile, je težko govoriti o preboju v bližnji prihodnosti.

Obstaja teorija, da bodo fiziki na sedanji stopnji uporabili tehnološko novo metodo zamenjave zlitin z učinkovitejšimi, ločeno z uvedbo nanotehnologije . Poleg tega je možna možnost uporabe netradicionalnih virov. Tako so na Kalifornijski univerzi izvedli poskus, pri katerem so bile termične baterije zamenjane s sintetizirano umetno molekulo, ki je delovala kot vezivo za mikroskopske polprevodnike iz zlata. Glede na izvedene poskuse je postalo jasno, da bo učinkovitost trenutnih raziskav pokazal le čas.

Pregled vrste

Odvisno od načinov pridobivanja električne energije, virov toplote in vsi termoelektrični generatorji so več vrst, odvisno od vrste vključenih strukturnih elementov.

Gorivo . Toplota se pridobiva z zgorevanjem goriva, ki je premog, zemeljski plin in olje, ter toploto, pridobljeno z zgorevanjem pirotehničnih skupin (dah).

Atomski termoelektrični generatorji , pri katerem je vir toplota atomskega reaktorja (uran-233, uran-235, plutonij-238, torij), je pogosto toplotna črpalka druga in tretja stopnja pretvorbe.

Sončni generatorji proizvajajo toploto iz sončnih komunikatorjev, ki so nam znani v vsakdanjem življenju (ogledala, leče, toplotne cevi).

Obrati za recikliranje proizvajajo toploto iz vseh vrst virov, kar povzroči sproščanje odpadne toplote (izpušni in dimni plini itd.).

Radioizotop toplota se pridobi z razpadom in cepitvijo izotopov, za ta proces je značilna nenadzorovanost samega cepljenja, rezultat pa je razpolovna doba elementov.

Gradientni termoelektrični generatorji temeljijo na temperaturni razliki brez zunanjih motenj: med okoljem in preskusnim mestom (posebej opremljena oprema, industrijski cevovodi itd.) z uporabo začetnega zagonskega toka. Ta tip termoelektričnega generatorja je bil uporabljen z izkoriščanjem električne energije, pridobljene iz Seebeckovega učinka, za pretvorbo v toplotno energijo po Joule-Lenzovem zakonu.

Aplikacije

Zaradi nizke učinkovitosti se termoelektrični generatorji pogosto uporabljajo kjer ni drugih možnosti za vire energije, pa tudi med procesi s pomembnim pomanjkanjem toplote.

Peči na drva z električnim generatorjem

Za to napravo je značilna prisotnost emajlirane površine, vir električne energije, vključno z grelnikom. Moč takšne naprave je lahko dovolj za polnjenje mobilne naprave ali drugih naprav z vtičnico za vžigalnik za avtomobile . Na podlagi parametrov je mogoče sklepati, da generator lahko deluje brez normalnih pogojev, in sicer brez prisotnosti plina, ogrevalnega sistema in električne energije.

Industrijski termoelektrični generatorji

BioLite je predstavil nov model za pohodništvo - prenosni štedilnik, ki ne bo samo ogreval hrane, ampak bo polnil tudi vašo mobilno napravo. Vse to je mogoče zaradi termoelektričnega generatorja, vgrajenega v to napravo.

Ta naprava vam bo odlično služila na pohodih, ribolovu ali kjer koli, oddaljenem od vseh pogojev sodobne civilizacije. Za delo generatorja BioLite je značilno zgorevanje goriva, ki se zaporedno prenaša po stenah in proizvaja električno energijo. Nastala elektrika vam bo omogočila, da napolnite telefon ali osvetlite LED.

Radioizotopski termoelektrični generatorji

V njih je vir energije toplota, ki nastane kot posledica razpada mikroelementov. Potrebujejo stalno oskrbo z gorivom, zato imajo prednost nad drugimi generatorji . Njihova pomembna pomanjkljivost pa je, da je med delovanjem treba upoštevati varnostna pravila, saj obstaja sevanje iz ioniziranih materialov.

Kljub temu, da je zagon takšnih generatorjev lahko nevaren, tudi za okoljske razmere, je njihova uporaba precej pogosta. Na primer, njihovo odlaganje je možno ne le na Zemlji, ampak tudi v vesolju . Znano je, da se radioizotopski generatorji uporabljajo za polnjenje navigacijskih sistemov, najpogosteje na mestih, kjer ni komunikacijskih sistemov.

Toplotni elementi v sledovih

Termične baterije delujejo kot pretvorniki, njihova zasnova pa je sestavljena iz električnih merilnih instrumentov, kalibriranih po Celziju. Napaka v takšnih napravah je običajno enaka 0,01 stopinje . Vendar je treba opozoriti, da so te naprave zasnovane za uporabo v območju od minimalne črte absolutne ničle do 2000 stopinj Celzija.

Generatorji toplotne energije so v zadnjem času pridobili široko popularnost pri delu na težko dostopnih mestih, ki so popolnoma brez komunikacijskih sistemov. Te lokacije vključujejo vesolje, kjer se te naprave vse pogosteje uporabljajo kot alternativni napajalniki na vesoljskih vozilih.

V povezavi z razvojem znanstvenega in tehnološkega napredka ter poglobljenimi fizikalnimi raziskavami postaja vse bolj priljubljena uporaba termoelektričnih generatorjev v vozilih za pridobivanje toplotne energije za predelavo snovi, ki se pridobivajo iz izpušnih sistemov avtomobili.