גנרטורים טרמו-אלקטריים של אנרגיה חשמלית TEG
החומר מספר על עקרונות הפעולה של גנרטורים תרמו-אלקטריים ותחומי היישום שלהם.
חלק הארי של החשמל מופק כיום על ידי תחנות כוח תרמיות. באמצעות שריפת דלק מאובנים, הטורבינות של הגנרטורים החשמליים מופעלות בתחנות באמצעות מוביל חום ביניים (קיטור מחומם-על). שרשרת ייצור האנרגיה מורכבת, מסוכנת ויקרה. אבל זה מאפשר לך ליצור יחידות חזקות להפקת אנרגיה חשמלית ביעילות גבוהה (יעילות).
האם יש אלטרנטיבה להמרה קלה יותר של חום לחשמל? הפיזיקה אומרת שכן. טק אומר, "עדיין לא." על מי צודק ומה הקשיים בדרך להמרת חום לאנרגיה, החומר של מאמר זה. שיטת ההמרה הישירה של חום לזרם חשמלי ידועה מאז 1821, אז התגלתה תופעת התרמו-חשמליות, הידועה כיום כאפקט Seebekov.
כאשר המגע של שתי מתכות שונות מחומם, נוצר הבדל פוטנציאל בקצות החוטים, וכאשר הם סגורים, זרם מתחיל לזרום במעגל. פיזיקאים הבינו במהירות שגודל הזרם תלוי ישירות בסוג החומרים, בהפרש הטמפרטורות בין הצמתים הקרים והחמים של המתכת, במוליכות התרמית ובהתנגדות של המתכות. הפרשי טמפרטורות גדולים ומוליכות גבוהה מגבירים את הזרם, בעוד מוליכות תרמית גבוהה מחלישה את האפקט.
לאחר ניסיונות ארוכים ליצור גנרטור תרמו-אלקטרי (TEG) באמצעות מתכות, כולל אצילות, הרעיון הזה נזנח. למתכות התנגדות נמוכה, המאפשרת להפריד בין צומת הקור והחם המרחבי, אך המוליכות התרמית הגבוהה ובהתאם גם זרימת החום מבחוץ מפחיתות את יעילות האלמנטים. היעילות המתקבלת של אלמנטי TEG העשויים ממתכות אינה עולה על 1-2%. האפקט נשכח במשך זמן רב וצמתים של מתכות שונות שימשו רק בטכניקת מדידה. אלו הם צמדים תרמיים מוכרים למדידת טמפרטורות.
כיום, צאצאיו של הגנרטור הראשון משרתים גיאולוגים, תיירים ופשוט תושבי אזורים מרוחקים.הכוח של גנרטורים כאלה הוא קטן - מ 2 עד 20 וואט. גנרטורים חזקים יותר (מ-25 עד 500 W) מותקנים על צינורות גז ראשיים לכלי חשמל או הגנה קתודית על צינורות. גנרטורים של 1 קילוואט או יותר ציוד תחנת מזג אוויר כוח, אך דורשים מקורות חום בטמפרטורה גבוהה: למשל, גז.
אין הרבה מה לומר על גנרטורים אקזוטיים הממירים את חום ההתפרקות הרדיואקטיבית ישירות לחשמל - היקף צר מדי ומידע רגיש. זה ידוע רק שלוויינים בודדים בחלל מצוידים במתקנים כאלה לאספקת חשמל רציפה לציוד.
כדוגמה למוצרים מודרניים, שקול את הפרמטרים thermogenerator סוג B25-12... הספק החשמלי שלו הוא 25W במתח של 12V. טמפרטורת העבודה של האזור החם היא לא יותר מ 400 מעלות, המשקל הוא עד 8.5 ק"ג, המחיר הוא כ 15,000 רובל. גנרטורים כאלה (בדרך כלל לפחות 2) משמשים יחד עם דוד גז לחימום חלל.
על פי אותו עיקרון, דגמי TEG חזקים יותר בהספק של 200 וואט. במקביל לדוד גז לחימום קוטג'ים, הם מספקים חשמל לא רק לאוטומציה של הדוד ומשאבת זרימת המים, אלא גם למכשירי חשמל ביתיים ותאורה.
למרות הפשטות והאמינות שלו (ללא חלקים נעים), TEG לא אומץ באופן נרחב. הסיבה לכך היא היעילות הנמוכה ביותר, שאינה עולה על 5-7% אפילו עם חומרים מוליכים למחצה. חברות שמפתחות גנרטורים כאלה מייצרות אותם במנות קטנות לפי הזמנה. היעדר ביקוש המוני מוביל למחירי מוצרים גבוהים.
המצב עשוי להשתנות עם הופעת חומרים חדשים לממירים תרמיים... אבל עד כה אין למדע במה להתפאר: דגימות ה-TEG הטובות ביותר לא הצליחו לעבור את מקדם היעילות של 20%. במצב זה, חוברות הפרסום של TEG, שבהן היעילות מוצהרת כיותר מ-90%, נראות קצת מצחיקות. אולי הגיע הזמן שמדענים ילמדו מהמשווקים הקנאים?