المولدات الكهروحرارية للطاقة الكهربائية TEG

تخبر المادة عن مبادئ تشغيل المولدات الكهروحرارية ومجالات تطبيقها.

تنتج محطات الطاقة الحرارية الآن نصيب الأسد من الكهرباء. عن طريق حرق الوقود الأحفوري ، يتم تشغيل توربينات المولدات الكهربائية في المحطات عن طريق ناقل حرارة وسيط (بخار شديد الحرارة). سلسلة إنتاج الطاقة معقدة وخطيرة ومكلفة. لكنه يسمح لك بإنشاء وحدات قوية لتوليد الطاقة الكهربائية بكفاءة عالية.

هل هناك بديل لتسهيل تحويل الحرارة إلى كهرباء؟ الفيزياء تقول نعم. يقول Tech ، "ليس بعد". حول من هو على حق وما هي الصعوبات في طريق تحويل الحرارة إلى طاقة ، مادة هذا المقال. طريقة التحويل المباشر للحرارة إلى تيار كهربائي معروفة منذ عام 1821 ، عندما تم اكتشاف ظاهرة الكهرباء الحرارية ، المعروفة اليوم باسم تأثير سيبيكوف.

عندما يتم تسخين التلامس بين معدنين مختلفين ، ينشأ اختلاف في الجهد عند طرفي الأسلاك ، وعندما يتم إغلاقهما ، يبدأ التيار في التدفق عبر الدائرة. أدرك الفيزيائيون بسرعة أن حجم التيار يعتمد بشكل مباشر على نوع المواد ، وفرق درجة الحرارة بين الوصلات الباردة والساخنة للمعدن ، والتوصيل الحراري ومقاومة المعادن. تؤدي الاختلافات الكبيرة في درجات الحرارة والموصلية العالية إلى زيادة التيار ، بينما تؤدي الموصلية الحرارية العالية إلى إضعاف التأثير.

بعد محاولات طويلة لإنشاء مولد كهربائي حراري (TEG) باستخدام المعادن ، بما في ذلك المعادن النبيلة ، تم التخلي عن هذه الفكرة. تتمتع المعادن بمقاومة منخفضة ، مما يجعل من الممكن فصل الوصلة المكانية الباردة والساخنة ، ولكن الموصلية الحرارية العالية ، وبالتالي ، تدفق الحرارة من الخارج يقلل من كفاءة العناصر. لا تتجاوز الكفاءة الناتجة لعناصر TEG المصنوعة من المعادن 1-2٪. تم نسيان التأثير لفترة طويلة واستخدمت تقاطعات المعادن غير المتشابهة فقط في تقنية القياس. هذه مزدوجات حرارية مألوفة لقياس درجات الحرارة.

ظهرت المشاريع العملية الأولى لـ TEG قبل الحرب العالمية الثانية فقط. اقترح العالم الروسي يوفي استخدام أشباه الموصلات بأنواع مختلفة من الموصلية بدلاً من زوج من المعادن غير المتشابهة. في هذه الحالة ، يزداد فرق الجهد وقوة عناصر TEG مئات المرات. بدأ إنتاج أول مولد TEG-1 في عام 1942 وكان يسمى "Guerrilla Bowler". يولد المولد ، المثبت على النار ، من 2 إلى 4 واط من الطاقة ، وهو ما يكفي لتشغيل راديو عادي.

اليوم ، يخدم أحفاد المولد الأول الجيولوجيين والسياح وببساطة سكان المناطق النائية.قوة هذه المولدات صغيرة - من 2 إلى 20 واط. يتم تركيب مولدات أكثر قوة (من 25 إلى 500 واط) على خطوط أنابيب الغاز الرئيسية لأدوات الطاقة أو الحماية الكاثودية للأنابيب. المولدات من 1 كيلوواط أو أكثر من معدات محطات الطقس ، ولكنها تتطلب مصادر حرارة عالية الحرارة: على سبيل المثال ، الغاز.

لا يوجد الكثير ليقال عن المولدات الغريبة التي تحول حرارة الاضمحلال الإشعاعي مباشرة إلى كهرباء - نطاق ضيق للغاية ومعلومات حساسة. من المعروف فقط أن الأقمار الصناعية الفردية في الفضاء مجهزة بمثل هذه التركيبات لتزويد المعدات بالطاقة بشكل مستمر.

كمثال على المنتجات الحديثة ، ضع في اعتبارك معلمات المولدات الحرارية من النوع B25-12 ... الطاقة الكهربائية الناتجة هي 25 وات بجهد 12 فولت. لا تزيد درجة حرارة العمل في المنطقة الساخنة عن 400 درجة ، والوزن يصل إلى 8.5 كجم ، والسعر حوالي 15000 روبل. تستخدم هذه المولدات (عادة 2 على الأقل) مع غلاية الغاز لتدفئة المكان.

وفقًا لنفس المبدأ ، توجد نماذج TEG أكثر قوة بقوة 200 واط. جنبًا إلى جنب مع غلاية الغاز لتدفئة الأكواخ ، فإنها توفر الكهرباء ليس فقط لأتمتة الغلاية ومضخة تدوير المياه ، ولكن أيضًا للأجهزة المنزلية والإضاءة.

على الرغم من بساطته وموثوقيته (لا توجد أجزاء متحركة) ، لم يتم اعتماد TEG على نطاق واسع. والسبب في ذلك هو الكفاءة المنخفضة للغاية والتي لا تتجاوز 5-7٪ حتى مع المواد شبه الموصلة. تقوم الشركات التي تطور مثل هذه المولدات بتصنيعها على دفعات صغيرة حسب الطلب. يؤدي نقص الطلب الشامل إلى ارتفاع أسعار المنتجات.

قد يتغير الوضع مع ظهور مواد جديدة للمحولات الحرارية ... ولكن حتى الآن ، ليس للعلم ما يتباهى به: أفضل عينات TEG لم تنجح في اجتياز عامل الكفاءة البالغ 20٪. في هذه الحالة ، تبدو الكتيبات الإعلانية لشركة TEG ، حيث تم الإعلان عن الكفاءة بأكثر من 90٪ ، مضحكة إلى حد ما. ربما حان الوقت للعلماء للتعلم من المسوقين المتحمسين؟