Принцип работы
В девятнадцатом веке одним ученым обнаружилось возникновение электродвижущей силы в замкнутой цепи, при изменениях температуры в среде контактировании сурьмы с проводником.
Нагревая один из контактов, возникает магнитное поле, что вызывает ЭДС. При нагревании второго контакта, поток ЭДС противоположно изменяется.
Спустя двенадцать 12 лет другой физик выявил противоположный эффект. Пропустив ток по цепи термопары, в контактах создается перепады температур.
В принципе эти оба эффекта разные стороны одного и того же явления, дающего возможность непосредственно получить электричество из тепла.
Плюсы и минусы устройства
Как у любого устройства, у электрогенератора на дровах есть свои преимущества и недостатки. Сравнив их, можно понять, насколько вам необходима такая печь и какую именно выбрать.
Преимущества
- Возможность обогрева помещения до 50 м3 и приготовления пищи,
- Компактность,
- Длительный срок службы,
- Возможность использовать не только дрова, но и древесные отходы,
- Невысокая стоимость энергии,
- Возможность изготовить своими руками.
Недостатки
- Высокая цена готовой печи-генератора,
- Низкая мощность (примерно 50-60 Вт) и напряжение в сети (12 вольт).
В основном дровяной электрогенератор позволяет подключить освещение в небольшом доме и обеспечить зарядку телефонов и других гаджетов.
Можно подключить радиоприемник или портативный телевизор. При необходимости можно с помощью инвертора получить и более высокое напряжение в сети, то есть привычные нам 220 вольт. Сегодня выпускаются разные модели дровяных генераторов: от компактных устройств весом до 1 килограмма, которые удобно брать с собой на природу, до автономных дровяных электростанций, вырабатывающих до 100 кВт, которые могут обеспечить электричеством небольшое производство.
Будьте внимательны при эксплуатации дровяных генераторов, ведь это устройства с «живым» огнем. Обязательно соблюдайте технику безопасности, особенно когда используете печи, созданные своими руками.
Эффективность ТЭГ
Оценивается коэффициентом полезного действия. Мощность термоэлектрогенератора зависит от двух критических факторов:
- Объема теплового потока, который может успешно перемещаться через модуль (тепловой поток).
- Дельты температур (DT) – разница температур между горячей и холодной стороной генератора. Чем больше дельта, тем эффективнее он работает, поэтому конструктивно должны быть обеспечены условия, как для максимальной подачи холода, так и максимального отвода тепла от стен генератора.
Термин «эффективность термоэлектрических генераторов» аналогичен термину, применяемому в отношении всех других типов тепловых двигателей. Пока он очень низкий и составляет не более 17 % эффективности Карно. КПД генератора ТЭГ ограничен эффективностью Карно и на практике достигает лишь несколько процентов (2-6 %) даже при высоких температурах. Это происходит из-за низкой теплопроводности в полупроводниковых материалах, что не способствует эффективной выработке электроэнергии. Таким образом, нужны материалы с низкой теплопроводностью, но в то же время с максимально высокой электропроводностью.
Полупроводники лучше справляются с этой задачей, чем металлы, но пока еще очень далеки от тех показателей, которые вывели бы термоэлектрический генератор на уровень промышленного производства (хотя бы с 15 % использованием высокотемпературного тепла). Дальнейшее повышение эффективности ТЭГ зависит от свойств термоэлектрических материалов (термоэлектрики), поиском которых сегодня занят весь научный потенциал планеты.
Разработки новых термоэлектриков относительно сложные и затратные, однако в случае успеха они вызовут технологическую революцию в системах генерации.
Грязь превращает тепло в электричество
Команда исследователей кафедры химических технологий и материаловедения университета штата Мичиган разработала материал, который является так называемым термоэлектриком. То есть с его помощью можно получать электричество из тепла. Процесс получения электрического заряда из разницы температур при помощи некоторых материалов, имеющих термоэлектрические свойства, не такое уж и новое открытие. Но уникальность работы ученых в том, что они смогли воссоздать подобный компонент практически из грязи. То есть не потратив при этом много денег и энергии.
Ранее термоэлектрические материалы получали из очень дорогих или очень токсичных компонентов. Теперешнее открытие, по словам самих исследований, открывает еще один путь к созданию недорогого и экологически чистого источника альтернативной энергии. Новый материал, по сути состоящий из обычной грязи, способен преобразовывать накопленное тепло в электрический ток .
Потенциал изобретения огромен. Взять хотя бы тепло, выделяемое головкой цилиндров двигателя автомобиля или «вылетающее» через выхлопную трубу. Если создать коллекторы, наполненные новым материалом, можно будет успешно преобразовывать отводимое тепло в полезное электричество. Тогда возможно концепция экологически чистого гибрида или электромобиля станет намного реальнее, чем сейчас.
Команда исследований под руководством профессора Дональда Морелли для создания энергоэффективной грязи использовала так называемые «тетраэдриты» – природные материалы, широко распространенные на Земле, которые имеют термоэлектрические свойства. Сами по себе в природном виде они малоэффективны. Но ученым удалось немного изменить и состав и умело соединить в один материал. В результате получился очень эффективный элемент.
Исследователи растирают добытые тетраэдриты в порошок, смешивают их между собой в определенных пропорциях, а затем при помощи температуры и давления создают образцы пригодные для практического применения. По словам ученых, разработанная ими технология, которую они, кстати, до конца не раскрывают, достаточно мало затратная как в денежном, так и в энергетическом плане.
ДОСТИЖЕНИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ НАЧАЛА 21-ГО ВЕКА
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли предложили получать электрический ток с помощью использования давно известного эффекта, однако совершенно новым способом. В настоящее время существуют различные технологии получения тока из тепла.
Например, с помощью паровых турбин – считается малоэффективным. Можно использовать эффект Зеебека, который реализуется в термопарах. Он заключается в том, что электричество возникает в месте контакта двух металлов, находящихся при разных температурах. Однако термопары не приобретают широкого распространения из-за высокой стоимости требующихся для них металлов и низкой эффективности.
В новых экспериментах используются золотые наноэлектроды, контактирующие с тремя различными видами органических молекул. При изменении температуры в этой системе — как и в обыкновенных термопарах — происходит возникновение тока. Т.е. наблюдается эффект Зеебека в органических молекулах. Учёные утверждают, что могут сделать большое количество таких миниатюрных источников энергии. Материала идёт на них немного, а органические молекулы недороги, и их несложно получить. Устройства на основе нового метода генерирования электричества должны получиться сравнительно недорогими.
Классификация бытовых приборов
Бензиновые
Системы с приводом от ветра или текущей воды бывают только на более или менее крупных электростанциях. Использовать их в полевых (походных) условиях и даже просто дома не так-то просто. Особенно это относится к гидрогенераторам. Что касается тепловых электростанций для частного использования, то они почти всегда работают на бензине и выдают ограниченную мощность, устройства мощнее 20 кВт можно встретить нечасто. Обычно они используют бензин Аи-92, применение Аи-76 и Аи-95 возможно лишь эпизодически, да и то не рекомендуется.
Дизельные
Работающие на дизельном топливе установки выдают иногда до 3 МВт тока. Они обеспечат энергией даже крупный дачный поселок с гаражами и аналогичной инфраструктурой.
Даже относительно слабые модели подходят для снабжения током сварочных аппаратов.
Перспективы развития термоэлектрической генерации
Ожидается, что спрос на бытовое потребление ТЭГ вырастет на 14 %. Перспективы развития термоэлектрической генерации опубликовал Market Research Future, издав документ «Глобальный отчет по исследованию рынка термоэлектрических генераторов — прогноз до 2022 года» — анализ рынка, объем, доля, ход, тенденции и прогнозы. Доклад подтверждает перспективу ТЭГ в утилизации автомобильных отходов и системах совместного производства электроэнергии и тепла для бытовых и промышленных объектов.
Географически глобальный рынок термоэлектрических генераторов был разделен на Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион, Индию и Африку. АТР считается самым быстрорастущим сегментом в области внедрения рынка ТЭГ.
Среди этих регионов Америка, по оценкам экспертов, является основным источником доходов на глобальном рынке ТЭГ. Ожидается, что увеличение спроса на экологически чистую энергию повысит спрос на него в Америке.
Европа также будет демонстрировать относительно быстрый рост в течение прогнозируемого периода. Индия и Китай будут наращивать потребление значительными темпами из-за увеличения спроса на транспортные средства, что приведет к росту рынка генераторов.
Компании по производству автомобилей такие, как Volkswagen, Ford, BMW и Volvo в сотрудничестве с NASA, уже приступили к разработке мини-ТЭГ для системы регенерации тепла и экономии топлива в автомобиле.
Что это такое?
Термоэлектрический генератор – это приспособление, задача которого заключается в превращении тепловой энергии в электричество путем применения системы термических элементов.
Понятие «тепловая» энергия в данном контексте трактуется не совсем верно, так как тепло означает лишь метод превращения данной энергии.
ТЭГ представляет собой термоэлектрическое явление, которое впервые было проиллюстрировано немецким физиком Томасом Зеебеком в 20-ых годах 19 столетия. Результат исследования Зеебека трактуется как электрическое сопротивление в цепи из двух отличающихся материалов, однако весь процесс протекает лишь в зависимости от температуры.
Сферы применения
Из-за низкого коэффициента полезного действия термоэлектрические генераторы широко используются там, где отсутствуют какие-либо другие варианты источников энергии, а также во время процессов со значительной нехваткой тепла.
Дровяные печи с электрогенератором
Данное устройство характеризуется наличием эмалированной поверхности, источника электроэнергии, в том числе и обогревателя. Мощности такого приспособления может хватить для того, чтобы зарядить мобильное устройство или же другие девайсы с помощью гнезда прикуривателей для автомобилей. Исходя из параметров, можно сделать вывод, что генератор способен работать без обычных условий, а именно, без наличия газа, отопительной системы и электричества.
Термоэлектрические генераторы промышленного производства
Фирмой BioLite была представлена новая модель для походов – портативная печка, которая позволит не только разогреть еду, но и зарядить ваше мобильное устройство. Все это возможно благодаря встроенному в это приспособление термоэлектрическому генератору.
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы
В них источником энергии выступает тепло, которое образуется в результате расщепления микроэлементов. Они нуждаются в постоянном снабжении топливом, поэтому имеют превосходство над другими генераторами. Однако их существенный недостаток заключается в том, что при работе необходимо соблюдать правила безопасности, так как имеет место излучение ионизированными материалами.
Несмотря на то что запуск таких генераторов может быть опасен, в том числе и для экологической ситуации, их использование довольно распространено. Например, их утилизация возможна не только на Земле, но и в космосе. Известно, что радиоизотопные генераторы применяются для заряда навигационных систем, чаще всего в местах, где отсутствуют системы связи.
Термические микроэлементы
Термобатарейки выступают как преобразователи, а также их конструкцию составляют электроизмерительные приборы, калиброванные в Цельсиях. Погрешность в таких приборах обычно приравнивается к 0,01 градусам. Но необходимо отметить, что данные устройства разработаны для использования в диапазоне от минимальной черты абсолютного нуля и до 2000 градусов по Цельсию.
В связи с развитием научно-технического прогресса, а также углубленными исследованиями в физике получает популярность применение термоэлектрических генераторов в транспортных средствах для восстановления энергии тепла, чтобы переработать вещества, которые извлекают из вытяжных систем автомобилей.
В следующем видео представлен обзор современного термогенератора электричества для похода BioLite energy everywhere.
Обзор производителей котлов с генератором
Рассмотрим на конкретных примерах системы бытовых котлов, существующих на сегодняшний день, в которых принцип использования выхлопных газов (продуктов горения) для производства электроэнергии был успешно реализован. Южнокорейская фирма NAVIEN успешно реализовала вышеуказанную технологию в котле марки HYBRIGEN SE.
В котле используется двигатель Стирлинга, который согласно паспортным данным вырабатывает в процессе работы электроэнергию мощностью 1000W (или 1кВт) и напряжением 12В. Разработчики утверждают, что вырабатываемую электроэнергию можно использовать для питания бытовых приборов.
Такой мощности должно хватить для питания бытового холодильника (порядка 0,1кВт), персонального компьютера (около 0,4кВт), жидкокристаллического телевизора (около 0,2кВт) и до 12 светодиодных лампочек мощностью по 25Вт каждая.
Котел серии hybrigen se компании navien со встроенным генератором и двигателем системы Стирлинга. При работе котла помимо основных функций вырабатывается электроэнергия порядка 1000Вт мощности
Из европейских производителей разработками в данном направлении занимается компания Viessmann. Viessmann обладает возможностью представить на выбор потребителя две модели котлов серии Vitotwin 300W и Vitotwin 350F.
Модель Vitotwin 300W была первой разработкой в указанном направлении. Она отличается достаточно компактным исполнением и внешне очень схожа с обычным настенным газовым котлом. Правда именно при эксплуатации первой модели были определены «слабые» места в работе двигателя системы Стирлинга.
Самой большой проблемой оказался отвод тепла, основа работы устройства – нагрев и охлаждение. Т.е. разработчики столкнулись с той же проблемой, с которой столкнулся Стирлинг в сороковых годах прошлого века – эффективное охлаждение, которого можно достигнуть только при значительных размерах охладителя.
Именно поэтому появилась модель котла Vitotwin 350F, которая включала в себя уже не только газовый котел с генератором электричества, но и встроенный бойлер на 175л.
Накопительная емкость для горячей воды выполняется в напольном варианте по причине большого веса как самого оборудования, так и подготавливаемой для санитарных целей жидкости
В этом случае достаточно эффективно был решен вопрос с проблемой охлаждения поршня установки Стирлинга за счет воды в бойлере. Однако решение привело к тому, что габаритные размеры и вес установки увеличились. Такая система уже не может крепиться на стену как обычный газовый котел и может быть только напольной.
Котлы компании Viessmann предусматривают возможность подпитки систем работы котла от внешнего источника, т.е. от сетей центрального электроснабжения. Компания Viessmann позиционировала оборудование как устройство, обеспечивающее собственные нужды (работу агрегатов котла) без возможности отбора избытка электроэнергии для бытового потребления.
Система Vitоtwin F350 – котел с бойлером нагрева воды объемом 175л. Система позволяет обогревать помещение, обеспечивает горячей водой и вырабатывает электрическую энергию
Для того чтобы можно было сравнить эффективность применения генераторов, встраиваемых в систему отопления. Стоит рассмотреть котел, который разработан компаниями «ТЕРМОФОР» (республика Беларусь) и компанией «Криотерм» (Россия, г. Санкт-Петербург).
Рассмотреть их стоит не потому, что они смогут каким-то образом конкурировать с вышеприведенными системами, а для сравнения принципов работы и эффективности получения электрической энергии. Эти котлы в качестве топлива используют только дрова, прессованные опилки или брикеты на основе древесины, поэтому их нельзя поставить в один ряд с моделями фирм NAVIEN и Viessmann.
Котел, названный «Отопительная печь «Индигирка», ориентирован на длительное отопление дровами и т.п., но снабжен двумя термическими генераторами электричества типа ТЭГ 30-12. Расположены они на боковой стенке агрегата. Мощности генераторов малы, т.е. в общей сложности они в состоянии генерировать лишь 50-60Вт напряжением 12В.
Принципиальное устройство печи “Индигирка” позволяет не только обогревать помещение, но и готовить еду на конфорке. Дополнение системы – два теплогенератора на 12В мощностью 50-60Вт.
В данном котле нашел применение метод Зебека, основанный на формировании ЭДС в замкнутой электрической цепи. Она состоит из двух разнородных видов материала и поддерживает точки контакта при различных температурах. Т.е. разработчики тоже используют выделяемое котлом тепло для выработки электрической энергии.
Перспективы
В данное время продолжают ставить опыты, подбирая оптимальные термопары, позволяющие повысить коэффициент полезного действия.
Большая вероятность того, что скоро разработки усовершенствования доброкачественности термических элементов, обретут высший статус производства материала для повышения взаимодействия термопар, с применением высоких технологий:
- нанотехнологий;
- ям квантования и т.п.
Вполне возможен вариант изобретения совсем другого принципа, с применением нестандартных материалов.
-
Как подобрать солнечную электростанцию: готовые решения, принцип работы, как выбрать и установить своими руками (фото + видео-инструкция)
-
Солнечные коллекторы для отопления дома: преимущества, недостатки, мифы, правда и отзывы владельцев (130 фото + видео)
-
Ветровые электростанции для дома — плюсы, минусы и обзор лучших современных моделей (105 фото)
Были попытки соединения микроскопических проводников из золота искусственно синтезированной молекулой. Этот опыт в дальнейшем вполне может добиться успеха.
Историческая справка
Термоэлектрические эффекты или термоэлектричество, своим открытием обязано нескольким ученым. Впервые явление открыл немецкий физик Томас Иоганн Зеебек, в 1821 году. Оно получило название «Эффект Зеебека».
Обратное свойство – нагревание или охлаждение разнородных проводников воздействием электрического тока, в 1834 году изучил француз Жан Пельтье, его именем назван и сам эффект и термоэлектрический преобразователь, получивший название элемент Пельтье. Свой вклад в исследования внесли, также русский физик Эмилий Ленц в 1838 г. и британец Уильям Томпсон в 1851 г.
Читайте здесь! Ветрогенератор своими руками — руководство по постройке эко-генератора, его монтаж и подключение (105 фото)
Причина, по которой эти технологии не получили широкого распространения, заключается в низком КПД, при использовании чистых металлических пар — это сотые доли процента. Немногим более эффективными — 1,5-2,0% оказались термоэлементы из полупроводников, которые начали использоваться в середине XX века.
Можно вспомнить довольно известный «партизанский котелок», от которого питались радиостанции. Выпускалась модель термоэлектрического генератора ТГК-3. Фото термоэлектрического генератора ТГК-3 представлены в нашей галерее.
Была отсылка к теме термоэлектрических генераторов и в советской фантастике — в 1930-х годах Роман Адамов написал научно-фантастический роман «Тайна двух океанов», о похождениях подводной лодки «Пионер», источником энергии в которой служила термопара.
Как сделать собственноручно
Далее вкратце повествуем, как сделать генератор своими руками, который можно использовать в природных условиях или обесточенных местах.
Конечно, мощность этих приборов не сравнится с радиоизотопным экземпляром, но из-за трудной доступности плутония и его вредным качествам для человеческого организма, приходится радоваться и этому.
Потребуется элемент термоэлектричества. Лучше их использовать не в единственном экземпляре, подключив параллельно, это увеличит мощность.
Используя один элемент, мощности может не хватить даже зарядить самый простой гаджет.
Еще нужен будет корпус из металла, к примеру, бывшего в употреблении и уже ненужного блока питания от персонального компьютера и элемент охлаждения процессора.
Термоэлектрический эффект и перенос тепла в электронных системах
Термоэлектрические генераторы, принцип работы которых основан на комплексном использовании эффекта трех ученых (Зеебека, Томсона, Пельтье), получили свое развитие почти через 150 лет после открытий, намного опередивших свое время.
Термоэлектрический эффект заключается в следующем явлении. Для охлаждения или генерации электричества используется «модуль» состоящий из электрически связанных пар. Каждая пара состоит из полупроводникового материала р (S> 0) и n (S
Если выбранные материалы обладают хорошими термоэлектрическими свойствами, этот тепловой поток, создаваемый движением носителей заряда, будет больше теплопроводности. Поэтому система передаст тепло от холодного источника к горячему и будет действовать как холодильник. В случае генерации электричества тепловой поток вызывает смещение носителей заряда и появление электрического тока. Чем больше разность температуры, тем больше электричества можно получить.
Принцип действия модулей
На контакте разнородных проводников происходит выделение или поглощение тепла в зависимости от направления электрического тока. Поток электронов обладает потенциальной и кинетической энергией. Плотность тока в контактирующих проводниках одинакова, а плотности потоков энергии отличаются.
Если энергия, втекающая в контакт, больше энергии, вытекающей из него, это означает, что электроны тормозятся в месте перехода из одной области в другую и разогревают кристаллическую решётку (электрическое поле тормозит их движение). Когда направление тока меняется, происходит обратный процесс ускорения электронов, когда энергия у кристаллической решётки забирается и происходит её охлаждение (направления электрического поля и движения электронов совпадают).
Энергетическая разность зарядов на границе полупроводников самая высокая и в них эффект проявляется наиболее сильно.
Модуль «Пельтье»
Больше всего распространён термоэлектрический модуль (ТЭМ), представляющий собой полупроводники p-, и n-типов, соединённые между собой через медные проводники.
Схема принципа работы модуля
В одном элементе существует 4 перехода между металлом и полупроводниками. При замкнутой цепи поток электронов перемещается от отрицательного полюса АКБ к положительному, последовательно проходя через каждый переход.
Вблизи первого перехода медь – полупроводник p-типа происходит тепловыделение в полупроводниковой зоне, поскольку электроны переходят в состояние с меньшей энергией.
Вблизи следующей границы с металлом в полупроводнике происходит поглощение теплоты, в связи с «высасыванием» электронов из зоны р-проводимости под действием электрического поля.
На третьем переходе электроны попадают в полупроводник типа n, где они обладают большей энергией, чем в металле. При этом происходит поглощение энергии и охлаждение полупроводника около границы перехода.
Последний переход сопровождается обратным процессом тепловыделения в n-полупроводнике из-за перехода электронов в зону с меньшей энергией.
Поскольку нагревающиеся и охлаждающиеся переходы находятся в разных плоскостях, элемент «Пельтье» сверху будет охлаждаться, а снизу нагреваться.
На практике каждый элемент содержит большое количество нагревающихся и охлаждающихся переходов, что приводит к образованию ощутимого температурного перепада, позволяющего создать термоэлектрогенератор.
Как выглядит структура модуля
Элемент «Пельтье» содержит большое количество полупроводниковых параллелепипедов p-, и n-типов, последовательно соединённых между собой перемычками из металла – термоконтактов, другой стороной соприкасающихся с керамической пластиной.
В качестве полупроводников применяется теллурид висмута и германид кремния.
Термоэлектрические материалы
Термоэлектрики состоят из специальных сплавов или полупроводниковых соединений. В последнее время для термоэлектрических свойств применяются электропроводящие полимеры.
Требования к термоэлектрикам:
- высокая эффективность, которая обусловлена низкой теплопроводностью и высокой электропроводностью, высоким коэффициентом Зеебека;
- устойчивость к высоким температурам и термомеханическим воздействиям;
- доступность и безопасность окружающей среды;
- устойчивость к вибрациям и резким перепадам температур;
- долгосрочная стабильность и дешевизна;
- автоматизация процесса изготовления.
В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД ТЭГ. Термоэлектрический полупроводниковый материал представляет собой сплав теллурида и висмута. Он был специальным образом изготовлен, чтобы обеспечить отдельные блоки или элементы с различными характеристиками «N» и «P».
Термоэлектрические материалы чаще всего изготавливаются путем направленной кристаллизации из расплавленной или прессованной порошковой металлургии. Каждый способ изготовления имеет свое особое преимущество, но наиболее распространены материалы с направленным ростом. В дополнение к теллуриту висмута (Bi 2 Te 3) существуют другие термоэлектрические материалы, в том числе сплавы свинца и теллурита (PbTe), кремния и германия (SiGe), висмута и сурьмы (Bi-Sb), которые могут использоваться в конкретных случаях. Пока термопары висмута и теллурида лучше всего подходят для большинства ТЭГ.
Устройство и принцип работы
Принцип работы термоэлектрического генератора, или, как его еще называют, теплового насоса, основывается на преобразовании энергии тепла в электрическую энергию с использованием термических элементов полупроводников, которые связываются между собой параллельно или последовательно.
В ходе проведения исследований немецким ученым был создан совершенно новый эффект Пелтье, в котором указывается, что абсолютно разные материалы полупроводников при проведении спаивания дают возможность обнаружить отличие температур между их боковыми точками.
Но как же понять, как работает данная система? Все довольно-таки просто, такая концепция основана на определенном алгоритме: когда один из элементов охлаждают, а другой нагревают, то мы получаем энергию силы тока и напряжения. Главная особенность, которая выделяет из остальных именно этот метод, заключается в том, что тут могут использоваться всевозможные источники тепла, среди которых недавно отключенная плита, лампа, костер или даже чашка с только налитым чаем. Ну а охлаждающим элементом чаще всего является воздух или же обычная вода.
Как же устроены эти термические генераторы? Они состоят из специальных термических батареек, которые изготавливают из материалов проводников, и тепловых обменников разнородных температур спаев термобатарей.
Схема электрической цепи выглядит следующим образом: термоэлементы полупроводников, ветви прямоугольной формы n- и p-типа проводимой способности, соединенные пластины холодных и горячих сплавов, а также высокая нагрузка.
Среди положительных сторон термоэлектрического модуля отмечают возможность использовать абсолютно во всех условиях, в том числе и в походах, да и к тому же легкость транспортировки. Более того, в них отсутствуют подвижные детали, которые имеют свойство быстро изнашиваться.
А к недостаткам относят далеко не низкую стоимость, низкий коэффициент полезного действия (приблизительно 2–3%), а также важность еще одного источника, который обеспечит рациональный перепад температур
Следует отметить, что ученые активно работают над перспективами усовершенствования и устранения всех погрешностей в получении энергии таким способом. Продолжаются эксперименты и исследования по разработке наиболее эффективных термических батареек, которые помогут повысить значение коэффициента полезного действия.
Однако довольно сложно определить оптимальность этих вариантов, так как они базируются исключительно на практических показателях, не имея при этом теоретического обоснования.
Существует теория, что на современном этапе физиками будет использоваться технологически новый метод замены сплавов на более эффективные, в отдельности с внедрением нанотехнологий. Более того, возможен вариант использования нетрадиционных исходников. Так, в университете Калифорнии был проведен эксперимент, где термические батарейки заменили синтезированной искусственной молекулой, которая выступала как связующий материал золотых микроскопических полупроводников. Согласно проведенным опытам стало ясно, что результативность нынешних исследований покажет лишь время.
Перспективы
В данное время продолжают ставить опыты, подбирая оптимальные термопары, позволяющие повысить коэффициент полезного действия.
Большая вероятность того, что скоро разработки усовершенствования доброкачественности термических элементов, обретут высший статус производства материала для повышения взаимодействия термопар, с применением высоких технологий:
- нанотехнологий;
- ям квантования и т.п.
Вполне возможен вариант изобретения совсем другого принципа, с применением нестандартных материалов.
Были попытки соединения микроскопических проводников из золота искусственно синтезированной молекулой. Этот опыт в дальнейшем вполне может добиться успеха.
Достоинства ТЭГ
Достоинства термоэлектрогенераторов:
- выработка электричества происходит по замкнутой одноступенчатой схеме без использования сложных передающих систем и применения движущих частей;
- отсутствие рабочих жидкостей и газов;
- отсутствие выбросов вредных веществ, бросового тепла и шумового загрязнения окружающей среды;
- устройство длительного автономного функционирования;
- использование отработанного тепла (вторичные источники теплоты) с целью экономии энергоресурсов
- работа в любом положении объекта независимо от среды эксплуатации: космос, вода, земля;
- выработка постоянного тока при малом напряжении;
- невосприимчивость к короткому замыканию;
- неограниченный срок хранения, 100 % готовность к работе.
Ядерные батарейки РИТЭГ
Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) представляет собой устройство использующее термопары для преобразования тепла, выделяемое при распаде радиоактивного материала, в электричество. Этот генератор не имеет движущихся частей. РИТЭГ использовался в качестве источника энергии на спутниках, космических аппаратах, удаленных объектах маяков, построенных СССР для Полярного круга.
РИТЭГы, как правило, являются наиболее предпочтительным источником энергии для устройств, которым требуется несколько сотен Ватт мощности. В топливных элементах, батареях или генераторах установленных в местах, где солнечные элементы являются неэффективными
Радиоизотопный термоэлектрический генератор требует соблюдения строгих мер осторожного обращения с радиоизотопами в течение долгого времени после окончания его срока службы
В России насчитывается порядка 1 000 РИТЭГов, которые использовались в основном для источников питания на средствах дальнего действия: маяках, радиомаяках и других специальных радиотехнических средствах. Первым космическим РИТЭГом на полонии-210 стал «Лимон-1» в 1962 году, затем «Орион-1» мощностью 20 Вт. Последняя модификация была установлена на спутниках «Стрела-1» и «Космос-84/90». «Луноходы»-1,2 и «Марс-96» использовали РИТЭГ в системах обогрева.
Плюсы данного генератора
Чем проще конструкция, тем она надежнее, это можно сказать и о представленном виде выработки электроэнергии.
Здесь нет трущихся между собой деталей, которые могли бы выйти из строя. Поэтому, генератор на дровах:
- долговечен и надёжен;
- работает бесшумно;
- использует доступное топливо;
- лёгкий, переносной – может быть до 1 кг.
Печь-генератор – это ноу-хау последних лет. Она будет интересна как экспериментаторам – любителям, так и путешественникам, поклонникам походов и рыбалки. Да и кому не хотелось бы иметь доступ к электричеству во время отключения света.
Для самодельной печи все детали можно купить весьма недорого – в пределах 500 руб. (Через интернет китайские элементы Пельтье можно заказать примерно за 300 руб.)
Тепловой насос под солнечную энергию
Возвращаясь от генераторов к тепловым насосам, стоит отметить ещё один привлекающий вариант термоэлектрических устройств, где используется нагрев от естественного источника – солнца.
Подобные конструкции обещают более эффективную отдачу при условии правильного построения. К тому же в этом случае не требуется затрачивать искусственную энергию на подогрев.
Солнечный тепловой насос можно представить в образе двух отдельных ёмкостей, которые имеют циркуляционные контуры. Одна ёмкость исполняет роль горячей стороны, вторая, соответственно, исполняет роль холодной стороны.
Между ёмкостями устанавливается термоэлектрический преобразователь (к примеру, тот же модуль Пельтье). Горячая ёмкость дополняется солнечной панелью. Холодная ёмкость дополняется радиатором охлаждения. Схематично конструкция выглядит примерно так:
Структурная схема солнечного теплового насоса: A – ёмкость горячая; B – ёмкость холодная; 1 – солнечная энергия; 2 – стекловидное покрытие; 3 – тепловая изоляция; 4 – термоэлектрический преобразователь (модуль Пельтье); 5 – металлический радиатор; 6 – тепловая радиация; 7 – электрический ток
Как демонстрирует структурная схема теплового насоса, работающего от солнечной энергии, при нагреве через солнечную панель вода в контуре начинает циркулировать, разогревая, таким образом, весь объём жидкости. Теплом жидкости нагревается горячая сторона модуля Пельтье.
В свою очередь в холодной ёмкости наблюдается аналогичный эффект, но за счёт охлаждения жидкости через радиатор. Получаемая разница температур даёт электричество на термоэлектрическом преобразователе.
Нужно отметить, эта идея появилась достаточно давно. Задолго до появления модулей Пельтье и вообще систем кондиционирования. На практике эту систему применяли в разных видах, но значительного эффекта добиться так и не удавалось. Возможно, современные технологии помогут достичь высоких горизонтов.
Большинство начинающих электриков интересуется о возможности создания не затратного и автономного источника электроэнергии. Зачастую, например, выехав на пикник, рыбалку либо просто отдохнуть на свежем воздухе, критически не хватает электричества для зарядки какого-либо прибора или освещения в темное время суток.
Читать также: Как пилить бетон болгаркой
В таких случаях может помочь самостоятельно сделанный термоэлектрический генератор, для дома такой прибор не подойдет, если только в крайних случаях.
При помощи его можно вырабатывать электрического напряжение до пяти вольт, этого будет достаточно для зарядки гаджетов и подключения лампочки.
Для визуального ознакомления с ТЭГ нужно лишь посмотреть в любых источниках фото термоэлектрического генератора.
Краткое содержимое статьи:
