Vlastnosti termoelektrických generátorů

Tepelné elektrárny jsou ve světě uznávány jako nejlevnější možnost výroby energie. Existuje ale alternativa k této metodě, která je šetrná k životnímu prostředí – termoelektrické generátory (TEG).

Termoelektrický generátor je zařízení, jehož úkolem je přeměnit tepelnou energii na elektřinu aplikací soustavy tepelných prvků.

Pojem „tepelná“ energie je v tomto kontextu interpretován ne zcela správně, neboť teplo znamená pouze způsob přeměny této energie.

TEG je termoelektrický jev, který poprvé ilustroval německý fyzik Thomas Seebeck ve 20. letech 19. století. Výsledek Seebeckova výzkumu je interpretován jako elektrický odpor v obvodu ze dvou různých materiálů, ale celý proces probíhá pouze v závislosti na teplotě.

Princip činnosti termoelektrického generátoru, nebo, jak se také nazývá, tepelného čerpadla, je založen na přeměně tepelné energie na elektrickou energii pomocí tepelných prvků polovodičů, které jsou zapojeny paralelně nebo sériově.

Během výzkumu byl německým vědcem vytvořen zcela nový Peltierův efekt, což naznačuje, že zcela odlišné materiály polovodičů při pájení umožňují detekovat teplotní rozdíl mezi jejich bočními body.

Jak ale pochopit, jak tento systém funguje? Všechno je docela jednoduché, takový koncept je založen na určitém algoritmu: když se jeden z prvků ochladí a druhý se zahřeje, získáme energii proudu a napětí. Hlavním rysem, který odlišuje tuto konkrétní metodu od ostatních, je to, že zde lze použít všechny druhy zdrojů tepla., včetně nedávno vypnutého sporáku, lampy, ohně nebo dokonce šálku s pouze nalitým čajem. No a chladícím prvkem je nejčastěji vzduch nebo obyčejná voda.

Jak tyto tepelné generátory fungují? Skládají se ze speciálních tepelných baterií, které jsou vyrobeny z vodivých materiálů, a výměníků tepla o rozdílných teplotách termočlánkových spojů.

Schéma elektrického obvodu vypadá takto: termočlánky polovodičů, pravoúhlé nohy vodivosti typu n a p, spojené desky ze studených a horkých slitin a také vysoké zatížení.

Mezi pozitivní aspekty termoelektrického modulu patří možnost použití absolutně za všech podmínek., včetně na túrách, a kromě toho snadnost dopravy. Navíc v nich nejsou žádné pohyblivé části, které mají tendenci se rychle opotřebovávat.

A mezi nevýhody patří zdaleka ne nízká cena, nízká účinnost (cca 2-3%) a také význam jiného zdroje, který zajistí racionální teplotní spád.

Je třeba poznamenat, že vědci aktivně pracují na vyhlídkách na zlepšení a odstranění všech chyb při získávání energie tímto způsobem... Experimenty a výzkum pokračují ve vývoji nejúčinnějších tepelných baterií, které pomohou zvýšit účinnost.

Je však poměrně obtížné určit optimálnost těchto možností, protože jsou založeny pouze na praktických ukazatelích, aniž by měly teoretický základ.

Existuje teorie, že v současné fázi fyzici využijí technologicky novou metodu nahrazení slitin účinnějšími, a to samostatně se zavedením nanotechnologie. Navíc je možná možnost použití netradičních zdrojů. Na Kalifornské univerzitě byl tedy proveden experiment, kdy byly tepelné baterie nahrazeny syntetizovanou umělou molekulou, která fungovala jako pojivo pro zlaté mikroskopické polovodiče. Podle experimentů vyšlo najevo, že účinnost současného výzkumu ukáže až čas.

V závislosti na způsobech výroby elektřiny, zdrojů tepla, popř všechny termoelektrické generátory jsou několika typů v závislosti na typech použitých konstrukčních prvků.

Pohonné hmoty. Teplo se získává spalováním paliva, kterým je uhlí, zemní plyn a ropa, a dále teplo získané spalováním pyrotechnických skupin (checkerů).

Atomové termoelektrické generátorykde je zdrojem teplo atomového reaktoru (uran-233, uran-235, plutonium-238, thorium), je zde často druhým a třetím stupněm konverze tepelné čerpadlo.

Solární generátory generovat teplo ze solárních komunikátorů, které známe z běžného života (zrcadla, čočky, tepelné trubice).

Recyklační závody vyrábějí teplo ze všech druhů zdrojů, čímž dochází k uvolňování odpadního tepla (výfukové plyny, spaliny atd.).

Radioizotop teplo se získává rozpadem a štěpením izotopů, tento proces se vyznačuje neovladatelností samotného štěpení a výsledkem je poločas rozpadu prvků.

Gradientní termoelektrické generátory jsou založeny na teplotním rozdílu bez jakéhokoli vnějšího rušení: mezi prostředím a místem experimentu (speciálně vybavené zařízení, průmyslová potrubí atd.) s použitím počátečního startovacího proudu. Daný typ termoelektrického generátoru byl použit s využitím elektrické energie získané Seebeckovým jevem k přeměně na tepelnou energii podle Joule-Lenzova zákona.

Vzhledem k nízké účinnosti jsou termoelektrické generátory široce používány tam, kde nejsou jiné možnosti zdrojů energie, stejně jako při procesech s výrazným nedostatkem tepla.

Toto zařízení se vyznačuje přítomností smaltovaného povrchu, zdroje elektrické energie včetně ohřívače. Výkon takového zařízení může stačit k nabíjení mobilního zařízení nebo jiných zařízení pomocí zásuvky autozapalovače. Na základě parametrů můžeme usoudit, že generátor je schopen provozu bez normálních podmínek, konkrétně bez přítomnosti plynu, topného systému a elektřiny.

BioLite představil nový model pro turistiku - přenosný vařič, který nejen ohřeje jídlo, ale také nabije vaše mobilní zařízení. To vše je možné díky termoelektrickému generátoru zabudovanému v tomto zařízení.

V nich je zdrojem energie teplo, které vzniká v důsledku rozkladu mikroprvků. Potřebují stálý přísun paliva, takže mají nad ostatními generátory převahu. Jejich významnou nevýhodou však je, že během provozu je nutné dodržovat bezpečnostní pravidla, protože dochází k záření z ionizovaných materiálů.

Navzdory skutečnosti, že spuštění takových generátorů může být nebezpečné, a to i pro životní prostředí, je jejich použití poměrně běžné. Například, jejich likvidace je možná nejen na Zemi, ale i ve vesmíru. Je známo, že radioizotopové generátory se používají k nabíjení navigačních systémů, nejčastěji v místech, kde nejsou komunikační systémy.

Tepelné baterie fungují jako převodníky a jejich konstrukci tvoří elektrické měřicí přístroje kalibrované ve stupních Celsia. Chyba v takových zařízeních je obvykle rovna 0,01 stupně. Ale je třeba poznamenat, že tato zařízení jsou navržena pro použití v rozsahu od minimální linie absolutní nuly do 2000 stupňů Celsia.

V souvislosti s rozvojem vědeckého a technologického pokroku, stejně jako s hloubkovým výzkumem ve fyzice, získává na popularitě použití termoelektrických generátorů ve vozidlech pro rekuperaci tepelné energie za účelem zpracování látek extrahovaných z výfukových systémů auta.

Následující video poskytuje přehled moderního tepelného generátoru elektrické energie pro turistiku BioLite energie všude.