תכונות של גנרטורים תרמו-אלקטריים

תחנות כוח תרמיות מוכרות בעולם כאופציה הזולה ביותר להפקת אנרגיה. אבל יש אלטרנטיבה לשיטה הזו, שהיא ידידותית לסביבה - גנרטורים תרמו-אלקטריים (TEG).

גנרטור תרמו-אלקטרי הוא מכשיר שתפקידו להמיר אנרגיה תרמית לחשמל על ידי הפעלת מערכת של אלמנטים תרמיים.

המושג אנרגיה "תרמית" בהקשר זה מתפרש לא לגמרי נכון, שכן חום פירושו רק שיטה להמרת אנרגיה זו.

TEG היא תופעה תרמו-אלקטרית שהומחשה לראשונה על ידי הפיזיקאי הגרמני תומס סיבק בשנות ה-20 של המאה ה-19. תוצאת המחקר של סיבק מתפרשת כהתנגדות חשמלית במעגל של שני חומרים שונים, אך כל התהליך ממשיך רק בהתאם לטמפרטורה.

עקרון הפעולה של גנרטור תרמו-אלקטרי, או כפי שהוא נקרא גם משאבת חום, מבוסס על המרת אנרגיית החום לאנרגיה חשמלית באמצעות אלמנטים תרמיים של מוליכים למחצה, המחוברים במקביל או בסדרה.

במהלך המחקר נוצר אפקט פלטייר חדש לחלוטין על ידי מדען גרמני, מה שמעיד על כך שחומרים שונים לחלוטין של מוליכים למחצה במהלך הלחמה מאפשרים לזהות את הפרש הטמפרטורה בין הנקודות הצידיות שלהם.

אבל איך אתה מבין איך המערכת הזו עובדת? הכל די פשוט, מושג כזה מבוסס על אלגוריתם מסוים: כאשר אחד האלמנטים מקורר, והשני מחומם, אז אנחנו מקבלים את האנרגיה של זרם ומתח. התכונה העיקרית שמבדילה את השיטה המסוימת הזו מהשאר היא שניתן להשתמש כאן בכל מיני מקורות חום., כולל תנור שכובה לאחרונה, מנורה, אש או אפילו כוס עם תה שנמזג בלבד. ובכן, אלמנט הקירור הוא לרוב אוויר או מים רגילים.

כיצד פועלים הגנרטורים התרמיים הללו? הם מורכבים מסוללות תרמיות מיוחדות, העשויות מחומרים מוליכים, ומחלפי חום של טמפרטורות שונות של צומת תרמופיל.

תרשים המעגל החשמלי נראה כך: צמדים תרמיים של מוליכים למחצה, רגליים מלבניות של מוליכות מסוג n ו-p, לוחות מחוברים של סגסוגות קרות וחמות, כמו גם עומס גבוה.

בין ההיבטים החיוביים של המודול התרמו-אלקטרי, מצוינת האפשרות להשתמש לחלוטין בכל התנאים., כולל בטיולים, וחוץ מזה, קלות תחבורה. יתרה מכך, אין להם חלקים נעים שנוטים להתבלות במהירות.

והחסרונות כוללים עלות רחוקה מלהיות נמוכה, יעילות נמוכה (כ-2-3%), כמו גם את החשיבות של מקור אחר שיספק ירידת טמפרטורה רציונלית.

צריך לציין ש מדענים עובדים באופן פעיל על הסיכויים לשיפור וביטול כל השגיאות בהשגת אנרגיה בדרך זו... ניסויים ומחקר ממשיכים לפתח את הסוללות התרמיות היעילות ביותר שיעזרו להגביר את היעילות.

עם זאת, קשה למדי לקבוע את האופטימליות של אפשרויות אלה, מכיוון שהן מבוססות אך ורק על אינדיקטורים מעשיים, ללא בסיס תיאורטי.

קיימת תיאוריה שבשלב הנוכחי פיזיקאים ישתמשו בשיטה חדשה מבחינה טכנולוגית להחלפת סגסוגות ביעילות יותר, בנפרד עם הכנסת הננוטכנולוגיה. יתרה מכך, האופציה של שימוש במקורות לא מסורתיים אפשרית. אז, באוניברסיטת קליפורניה, בוצע ניסוי שבו סוללות תרמיות הוחלפו במולקולה מלאכותית מסונתזת, אשר פעלה כחומר מקשר עבור מוליכים למחצה מיקרוסקופיים זהב. לפי הניסויים, התברר שרק הזמן יגיד את יעילות המחקר הנוכחי.

בהתאם לשיטות הפקת חשמל, מקורות חום, ו כל הגנרטורים התרמו-אלקטריים הם מכמה סוגים בהתאם לסוגי האלמנטים המבניים המעורבים.

לתדלק. חום מתקבל משריפת דלק, שהוא פחם, גז טבעי ונפט, כמו גם חום המתקבל משריפה של קבוצות פירוטכניות (דמקה).

גנרטורים תרמו-אלקטריים אטומייםכאשר המקור הוא חום של כור אטומי (אורניום-233, אורניום-235, פלוטוניום-238, תוריום), לעתים קרובות כאן משאבה תרמית היא שלב ההמרה השני והשלישי.

גנרטורים סולאריים מייצרים חום ממתקשרים סולאריים המוכרים לנו בחיי היומיום (מראות, עדשות, צינורות חום).

מפעלי מחזור מייצרים חום מכל מיני מקורות, וכתוצאה מכך שחרור חום פסולת (גזי פליטה וגזי פליטה וכו').

רדיואיזוטופ חום מתקבל על ידי ריקבון ופיצול של איזוטופים, תהליך זה מאופיין בחוסר שליטה של ​​הפיצול עצמו, והתוצאה היא זמן מחצית החיים של היסודות.

גנרטורים תרמו-אלקטריים מדורגים מבוססים על הפרש הטמפרטורה ללא כל הפרעה חיצונית: בין הסביבה לאתר הניסוי (ציוד מאובזר במיוחד, צינורות תעשייתיים וכו') תוך שימוש בזרם ההתחלה הראשוני. הסוג הנתון של מחולל תרמו-אלקטרי שימש תוך ניצול האנרגיה החשמלית המתקבלת מאפקט סיבק להמרה לאנרגיה תרמית על פי חוק ג'ול-לנץ.

בשל היעילות הנמוכה שלהם, גנרטורים תרמו-אלקטריים נמצאים בשימוש נרחב שבו אין אפשרויות אחרות למקורות אנרגיה, כמו גם במהלך תהליכים עם מחסור משמעותי בחום.

מכשיר זה מאופיין בנוכחות של משטח אמייל, מקור חשמל, כולל תנור חימום. עוצמתו של מכשיר כזה עשויה להספיק כדי להטעין מכשיר נייד או מכשירים אחרים באמצעות שקע המצית ברכב. בהתבסס על הפרמטרים, אנו יכולים להסיק כי הגנרטור מסוגל לפעול ללא תנאים רגילים, כלומר ללא נוכחות של גז, מערכת חימום וחשמל.

BioLite הציגה דגם חדש לטיולים - תנור נייד שלא רק יחמם אוכל, אלא גם יטען את המכשיר הנייד. כל זה אפשרי הודות לגנרטור התרמו-אלקטרי המובנה במכשיר זה.

אצלם מקור האנרגיה הוא חום, שנוצר כתוצאה מפירוק מיקרו-אלמנטים. הם זקוקים לאספקה ​​קבועה של דלק, ולכן יש להם עליונות על פני גנרטורים אחרים. עם זאת, החיסרון המשמעותי שלהם הוא שבמהלך הפעולה יש צורך להקפיד על כללי בטיחות, שכן יש קרינה מחומרים מיוננים.

למרות העובדה שהשקת גנרטורים כאלה עלולה להיות מסוכנת, כולל למצב הסביבתי, השימוש בהם נפוץ למדי. לדוגמה, סילוקם אפשרי לא רק בכדור הארץ, אלא גם בחלל. ידוע כי מחוללי רדיואיזוטופים משמשים לטעינת מערכות ניווט, לרוב במקומות בהם אין מערכות תקשורת.

סוללות תרמיות פועלות כממירים, והעיצוב שלהן מורכב ממכשירי מדידה חשמליים המכוילים בצלזיוס. השגיאה במכשירים כאלה היא בדרך כלל שווה ל-0.01 מעלות. אבל יש לציין שהתקנים אלה מיועדים לשימוש בטווח שבין הקו המינימלי של האפס המוחלט ל-2000 מעלות צלזיוס.

בקשר עם התפתחות הקידמה המדעית והטכנולוגית, כמו גם מחקר מעמיק בפיזיקה, השימוש בגנראטורים תרמו-אלקטריים בכלי רכב להשבת אנרגיית חום צובר פופולריות על מנת לעבד חומרים המופקים ממערכות הפליטה של מכוניות.

הסרטון הבא מספק סקירה כללית של מחולל החשמל התרמי המודרני לטיולים באנרגיה של BioLite בכל מקום.