Традиционно, термоэлектрические материалы, способные конвертировать разность температур в разность электрических потенциалов, обладают низкой энергоэффективностью, что делает их широкое использование нецелесообразным. Но уже в 2004 году Ганг Чен и Карл Ричард Содерберг, благодаря нанотехнологиям, существенно улучшили эффективность одного из таких материалов, что обеспечило возможность создавать более рентабельные термоэлектрические устройства. В 2008 году они улучшили термоэлектрический преобразователь на основе теллурида висмута и сурьмы на 40 процентов.
С целью внедрения технологии, изобретателями была создана компания GMZ Energy.
С использованием ранних достижений, был разработан термоэлектрический генератор, способный возвращать тепло, выделяемое транспортным средством, назад в бортовую сеть и так повышать эффективность.
Устройство (термоэлектрический генератор ТЭГ) создает разность потенциалов, когда тепло движется через полупроводник от верхней его части к холодной (основание устройства).
В обычных преобразователях такого типа эффективность снижается из-за вибрации электронов, но новшество заключается в преодолении этого пагубного эффекта, и таким образом энергоэффективность возрастает на 30-60 процентов по сравнению с аналогами, поскольку энергия передается исключительно движением электронов, а не вибрацией.
Новейшая модификация термоэлектрического генератора способна выдерживать нагрев верхней его части до 600 градусов Цельсия, при температуре основания в 100 градусов Цельсия.
Это позволяет при разнице в 500 градусов Цельсия конвертировать мощность в 7,2 Вт при площади устройства всего в 4 см.кв.
Если такой ТЭГ поместить рядом с выхлопной трубой автомобиля, то нагрузка на бортовую сеть будет значительно снижена, а вредные выбросы в атмосферу будут сведены к минимуму.
Недавно при поддержке Министерства энергетики США, ученые представили большой генератор на 200 Ватт, который планируется устанавливать на танки с целью снижения расходов на топливо. Аналогичным образом планируется оптимизация и в автомобильной сфере, где ожидается повышение эффективности благодаря ТЭГ на 5 процентов.
Долгие годы упорной работы помогли ученым, пройдя через ошибки, научиться подбирать нужный материал для каждого конкретного диапазона рабочих температур, чтобы эффективность была наибольшей.
Для коммерческого производства на постоянной основе своих термоэлектрических генераторов, компания GMZ Energy остановилась на сплавах с крепкой кристаллической структурой, обеспечивающей надежную стабильность при высоких температурах. В планах на будущее применение и таких материалов, как теллурид висмута, теллурид свинца, кремний, германий и другие. Своей целью профессор Чень видит стимулирование инноваций, а главное – реализацию передовых идей.
Смотрите также по этой теме: Эффект Пельтье — магическое действие электрического тока
Андрей Повный
Медь или алюминий — что выгоднее?
Только два металла — медь и алюминий нашли широкое применение в качестве проводников электрического тока. Их использование в этом качестве обусловливается комплексом физических свойств самих металлов и их ценой.
Физические основы протекания электрического тока в проводниках
Как известно из физики, электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов в проводнике, под действием сил электрического поля. При перемещении электрических зарядов в проводнике они подвергаются противодействию, которое оценивают величиной электрического сопротивления и которое измеряется в омах (Ом).
- Электрическое сопротивление для цилиндрических проводников определяется формулой r=ρ*l/s, где r — электрическое сопротивление проводника, Ом, ρ — удельное электрическое сопротивление материала проводника, Ом*мм2/м, l — длина проводника, м, s — площадь поперечного сечения проводника, мм2
- Поэтому, в электротехнике, для изготовления проводов используются материалы с низким удельным сопротивлением (медь, алюминий, сталь).
- Например: Удельное сопротивление меди — 0, 0175 ом*мм2/м, удельное сопротивление алюминия — 0, 0294 ом*мм2/м
Иногда вместо электрического сопротивления r употребляют обратную величину – проводимость g=1/r, а вместо удельного сопротивления — удельную проводимость γ=1/ρ. Электрическая проводимость измеряется в сименсах (См).
При перемещении электрических зарядов в проводнике, электрическое сопротивление вызывает нагревание проводника. Это нагревание является вредным и, при эксплуатации проводника, должно быть ограничено, с учётом физических свойств проводника и класса изоляции.
Установившаяся температура проводника с током, зависит от плотности тока, которая определяется по формуле: δ=I/s, где δ — плотность тока, а/мм2, I — величина тока, а s — площадь поперечного сечения проводника, мм2
Что же выгоднее применять в качестве электрических проводов — медь или алюминий?
При сравнительном рассмотрении тенденций роста стоимости алюминия и меди в течение ХХ и начала ХХI веков, очевидно, что стоимость алюминия растёт медленнее, чем меди. Эта разница особенно видна в начале ХХI века.
С 2006 года стоимость меди на Лондонской бирже металлов доходила до 8500 долл/тонну, в то время как алюминия — 2500 долл/тонну.
Это связано с усовершенствованием и увеличением производства алюминия, при доступном и недорогом сырье для производства кабельной продукции, которое, в стоимости конечного продукта, составляет 25%.
Для меди — ситуация иная. Медные рудные запасы ухудшаются, содержание меди руде падает, новые месторождения бедны металлом и сложнее в его извлечении. Кроме того, эти месторождения географически более труднодоступны. Поэтому, затраты на сырьё в стоимости конечного продукта, составляют более 50 % и ещё растут.
Эти тенденции не изменяются, так же, как и сравнительная динамика цен, а изменения не предвидятся. Всё это говорит в пользу использования алюминия.
Научное открытие сверхпроводимости и её промышленное применение пока ещё недостижимы для мировой практики. В свете того, что электрическая проводимость алюминия ниже, чем у меди, сечение алюминиевого провода и, следовательно его объём, должны быть больше чем у медного, причём диаметр алюминиевого провода, для той же плотности тока, должен быть больше чем медного на 25 %.
Однако, увеличение объёма, а следовательно массы алюминиевого провода, нивелируется невысокой плотностью металла (2,7 т/м3 — алюминий, 8,9 т/м3 — медь). Поэтому масса алюминиевого провода, для той же плотности тока, в три раза меньше чем медного.
Однако выигрыша по массе, при применении алюминиевого провода вместо медного, из-за требований СНИПа, нет. Например, масса меди в проложенных проводах и кабелях, в панелях современной трёхкомнатной квартиры, составляет 10 кг.
Масса трехжильного кабеля длиной в 1000 метров кабеля ВВГ (медь) сечением 1,5 мм2 составляет 93 кг, а масса эквивалентного ему кабеля АВВГ (алюминий) сечением 2,5 мм2 составляет 101 кг.
Выгода от применения алюминиевых проводов получается из-за гораздо меньших цен на алюминий.
При существующих на сегодня ценах, применение алюминиевых проводов в несколько раз выгоднее, чем медных!
Для высоковольтных линий и для подвесных кабельных систем алюминий используется уже давно.
Но в изолированных проводах увеличение диаметра жилы требует увеличения расхода кабельного ПВХ пластиката, цена которого (1800 долл/тонну) приближается к цене алюминия.
Чем тоньше жила провода, тем больше сравнительные затраты на электроизоляцию, а выгоды от перехода с меди на алюминий – ниже. Однако, при текущих ценах, экономия всё равно получается значительной!
Проектировщики, архитекторы, электрики должны преодолеть предвзятость по отношению к применению алюминиевых проводов при новом строительстве. Это позволит применять выгодный, но трудоёмкий алюминий при разводках в панелях и в подводах к точкам внешней нагрузки (розетки и выключатели), что даст значительную экономию.
Алюминиевые обмоточные провода, могут с заметной выгодой, применяться в производстве маломощных трансформаторов, электродвигателей и других электрических машин.
Всё это определит огромный спрос на алюминий на мировом рынке и использование «крылатого металла» на земле.
А что вы думаете по этому поводу? Оставьте свой комментарий к статье!
Яков Кузнецов
Как превращать отработанное тепло в электричество
Ганг Чень, сотрудник Массачусетского технологического института, придумал термоэлектрический генератор, который способен конвертировать разницу температур в электричество.
Еще около десяти лет назад Чень с коллегами, создав компанию GMZ Energy, начали работу над небольшим генератором. «Все признают большой потенциал использования побочного тепла, но это всегда было слишком сложной задачей, чтобы думать об этом всерьез», — говорит Чень.
Термоэлектрический генератор создает электроэнергию, когда тепло поступает в верхнюю часть модуля, а затем проходит через полупроводниковый материал к более холодной стороне. В результате движение электронов в полупроводнике под этой разностью температур создает напряжение.
Новейший генератор может выдерживать нагрев до температуры примерно 600 °C на его горячей стороне (верхняя поверхность) при поддержании температуры от 100 °C на его холодной стороне (нижняя поверхность).
С этим градиентом в 500 °C модуль размером в 4 квадратных сантиметра может производить 7,2 Вт энергии.
Установленный, например, рядом с выхлопной трубой, устройство может существенно снизить нагрузку на генератор автомобиля, уменьшить затраты на топливо и понизить количество выбросов.
Чень нашел инвесторов, которые вложили 7 млн долларов? в первом раунде финансирования и 18 млн долларов через несколько месяцев.
Ученые прошли через годы проб и ошибок, особенно это касалось принятия решений по выбору материалов. «Эффективность материала зависит от температуры, — объясняет Чень.
Таким образом, вы должны учитывать температуру источника тепла и подбирать материал, соответствующий этому температурному диапазону».
В качестве постоянного материала для коммерческого производства термоэлектрических генераторов компания остановилась на так называемых «полугейслерах» — сплавах с сильной кристаллической структурой, которая обеспечивает большую стабильность при высоких температурах.
Но у GMZ Energy есть планы на будущее и для других материалов: теллурида висмута, теллурида свинца, кремния германия и других.
«Наша миссия — создавать успешные продукты для стимулирования инноваций, а главное, что мы переносим передовые научные идеи в реальный мир», — гордится Чень.
Как превратить создаваемое ЦОД тепло в электричество? — Новости рынка ЦОД, обзор инженерных решений Дата-Центров
Инженеры стартапа Alphabet Energy ведут разработку передовой системы рекуперации тепловой энергии и превращения ее в электричество. В основе системы лежит технология термоэлектрических генераторов. Представители стартапа отмечают, что изначально продукты вендора будут поставляться горнодобывающим и нефтегазовым компаниям, ведущим разработку месторождений вдалеке от очагов цивилизации, а также в условиях отсутствия доступа к ЛЭП. Если системы будут пользоваться успехом, специалисты вендора готовы подвергнуть их небольшой адаптации и выпустить на рынок ЦОД.
Развиваемая инженерами калифорнийской компании Alphabet Energy концепция предполагает агрегирование выделяемого промышленным, серверным или другим нагревающимся электронным, механическим или электро-механическим оборудованием тепла для последующей генерации с его помощью электрической энергии путем применения специальных металлов.
Следует отметить, что до последнего времени производство системы термоэлектрической генерации электричества промышленного класса было слишком затратным. Но специалистами стартапа удалось создать высокоэффективный термоэлектрический материал, получать который можно с минимальными затратами. Их генератор, созданный с использованием нового материала и получивший название Е1, в 20 раз больше, чем любое подобное устройство из созданных ранее. При этом устройство поставляется в отдельном грузовом контейнере.
Как это работает?
Принцип функционирования термоэлектрических генераторов сводится к тому, что передающееся между двумя разнородными проводниками тепло индуцирует напряжение. Другими словами, напряжение возникает, когда тепло перемещает электроны с горячей стороны биметаллического термоэлектрического вещества на холодную сторону.
Это своего рода электродвижущая сила. Происходящее называется эффектом Зеебека или Пельтье (эти ученые по отдельности работали над данной технологией в 19-ом веке).
Проблемы
Одной из ключевых проблем, препятствовавших создаю генерирующих установок с высоким КПД на базе этой технологии, всегда было то, что поддерживать постоянно низкую температуру холодной части биметаллического термоэлектрического вещества очень непросто, так как она периодически нагревается, что прерывает процесс выработки электричества. Если электроны будут двигаться непостоянно, электрический ток создать не удастся. Так вот электроны перестают двигаться, если та часть рабочего материала, которая, как предполагается, должна быть холодной, становится теплой или даже горячей. Решением этой проблемы уже давно занимаются специалисты в области материаловедения.
Еще одной немаловажной проблемой было достижение высокой эффективности преобразования тепла в электричество при минимизации стоимости генерирующей установки.
Представители Alphabet Energy говорят, что инженерам компании удалось преуспеть в решении обеих проблем благодаря композиту на основе кремния и тетраэдрита (блеклая медная руда или фальэрц). Эта технология позволяет создавать высокоэффективные термоэлектрические материалы с использованием доступных в плане цены и распространенных базовых ресурсов.
Преимущества
Одной из причины повышенного энтузиазма инженеров во время периодических попыток преодолеть ограничения эффекта Зеебека при создании систем выработки электроэнергии коммерческого класса является то, что речь идет о твердотельной технологии.
Генерирующее устройство лишено каких-либо движущихся частей, которые могут сломаться или требуют периодической смазки.
Так что это весьма интересное решение для использования на удаленных от центров цивилизации объектах, где быстрое техобслуживания довольно проблематично.
Наверное, именно поэтому специалисты Alphabet Energy сконцентрировали усилия на создании генерирующих установок для горнодобывающих и нефтегазовых компаний.
Следует отметить, что различные варианты систем термоэлектрической генерации электричества уже давно используются создателями космических зондов и иных беспилотных устройств различного назначения.
При этом у Alphabet Energy также имеются и амбициозные конкуренты.
К примеру, канадская компания Global Thermoelectric производит электрогенерирующие решения для удаленных промышленных объектов, использующие технологию термоэлектрического генератора и газ в качестве топлива.
Этот вендор активно укрепляет позиции на рынках генерирующих установок для обслуживания нефтяных и газовых трубопроводов, а также оффшорных буровых платформ.
Термогенератор FireBee Power Tower преобразует тепло из переносной печи в электричество • BuildingTECH
Термоэлектрический генератор FireBee Power Tower преобразует тепло из любой переносной печи в электричество для зарядки смартфонов, планшетов и других электронных гаджетов.
Возможность выработки электричества портативными устройствами может серьезно улучшить качество жизни в отдаленных от сети регионах, а также стать спасительным источником энергии во время катаклизмов и стихийных бедствий.
На сегодняшний день известно много различных вариантов, успешно использующих ветер, солнце и воду для питания портативной электроники.
Однако есть и другой способ выработки электричества – термоэлектрический генератор, собирающий энергию, которая в обычных случаях просто улетучивается через дымоход.
Портативная печь FireBee Power Tower способна использовать часть тепла, выделяемого при приготовлении пищи или обогрева дома (палатки или другого временного жилища), чтобы получить дополнительное электричество для подзарядки гаджетов, освещения и прочих домашних нужд. Новое устройство австралийской компании является универсальным – электроэнергию можно получать от тепла различных походных печей типа «буржуйка», пропановых печей, каминов и даже от небольших спиртовых горелок.
УЧЕНЫЕ ИЗ ЯПОНИИ НАУЧИЛИСЬ ПЕРЕРАБАТЫВАТЬ ТЕПЛО В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Производитель утверждает, что переносной тепловой генератор может производить до 7 ватт электроэнергии, которая распределяется на два выхода: порт USB 5V 2A для портативной электроники и 12-ти вольтовый терминал на 125mA, который можно использовать, соответственно, для подзарядки аккумуляторов 12V.
Тепло от печи или огня поглощается ребрами радиатора, расположенными внутри устройства, которое затем проходит через пару термоэлектрических модулей, соединенных с резервуаром с хододной водой.
Термоэлектрические модули генерируют электричество от разности температур между горячими ребрами и охлаждающим резервуаром.
Затем это электричество преобразуется в общий формат USB 5V 2A, который используется большинством портативных устройств.
МЕТАМАТЕРИАЛ, СПОСОБЕН ПРЕВРАЩАТЬ ТЕПЛО В ЭНЕРГИЮ 24 ЧАСА В СУТКИ
У Power Tower есть еще одно достоинство: так как для его работы требуется охлаждающий резервуар с водой, которая в конечном итоге доводится до кипения, специальный патрубок на устройстве позволяет легко сливать горячую воду, например, для стирки или других нужд.
По сути, пользователи могут готовить горячую пищу, заряжать свое устройство и одновременно нагревать воду для мытья посуды.
Поскольку выработка электроэнергии происходит из-за разницы температур, наибольшая эффективность достигается с максимально горячим источником тепла и максимально холодной водой, а последующий слив кипящей воды и замена ее на более холодную будет служить своеобразной «зарядкой» устройства.
«Устройство PowerBee Power Tower является самым мощным термоэлектрическим генератором подобного рода, в котором даже небольшое количество тепла производит достаточное количество энергии. Его можно приспособить для использования в паре с небольшой спиртовой или пропановой горелкой, а также любой печью с дымоходом», — сообщает компания.
КАК ЗАРЯДИТЬ ТЕЛЕФОН И НОУТБУК ОТ КОСТРА
Хотя производитель прямо не указывает на это, но в теплых и солнечных регионах, где использование печей не всегда является необходимостью, задействовать устройство можно с помощью солнечного концентратора. Стоимость портативного термогенератора составляет 159 долларов.
генератор, печь, тепло, термогенератор, электричество
Термоэлектрогенератор
| Термоэлектрические явления |
Принципы
|
Применения
|
У этого термина существуют и другие значения, см. Генератор.
Термоэлектрогенератор — это техническое устройство (электрический генератор), предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов).
История изобретения термоэлектрогенераторов
В 1821 году немецкий физик Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что температурный градиент, образованный между двумя разнородными проводниками, может производить электричество.
В 1822 году он опубликовал результаты своих опытов в статье «К вопросу о магнитной поляризации некоторых металлов и руд, возникающей в условиях разности температур», опубликованной в докладах Прусской академии наук.
[1] В основе термоэлектрического эффекта Зеебека лежит тот факт, что температурный градиент в токопроводящем материале вызывает тепловой поток; это приводит к переносу носителей заряда. Поток носителей заряда между горячими и холодными областями, в свою очередь, создает разность потенциалов.
В 1834 году Жан-Шарль Пельтье обнаружил обратный эффект, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников.[2]
Типы применяемых термоэлектрогенераторов
- Топливные: тепло от сжигания топлива (природный газ, нефть, уголь) и тепло от горения пиротехнических составов (шашек).
- Радиоизотопные: тепло от распада изотопов (распад не контролируется и работа определяется периодом полураспада).
- Атомные: тепло атомного реактора (уран-233, уран-235, плутоний-238, торий), как правило, здесь термоэлектрогенератор — вторая и третья ступень преобразования.
- Солнечные: тепло от солнечных коллекторов (зеркала, линзы, тепловые трубы).
- Утилизационные: Тепло из любых источников, выделяющих сбросное тепло (выхлопные и печные газы и др).
- Градиентные: основанные на естественном перепаде температур между окружающей средой и помещением (оборудованием, технологическим трубопроводом с теплой транспортируемой средой и т.д.) с применением первоначального пускового тока. В основе данного типа термоэлектрогенераторов — использование части полученной электрической энергии от эффекта Зеебека для преобразования в тепловую по закону Джоуля-Ленца.
Полупроводниковые материалы для прямого преобразования энергии
Для термоэлектрогенераторов используются полупроводниковые термоэлектрические материалы, обеспечивающие наиболее высокий коэффициент преобразования тепла в электричество.
Список веществ, имеющих термоэлектрические свойства, достаточно велик (тысячи сплавов и соединений), но лишь немногие из них могут использоваться для преобразования тепловой энергии.
[3] Современная наука постоянно изыскивает новые и новые полупроводниковые композиции и прогресс в этой области обеспечивается не столько теорией, сколько практикой, ввиду сложности физических процессов, происходящих в термоэлектрических материалах.
Определённо можно сказать, что на сегодняшний день не существует термоэлектрического материала, в полной мере удовлетворяющего промышленность своими свойствами, и главным инструментом в создании такого материала является эксперимент. Важнейшими свойствами полупроводникового материала для термоэлектрогенераторов являются:
- КПД: Желателен как можно более высокий КПД;
- Технологичность: Возможность любых видов обработки;
- Стоимость: Желательно отсутствие в составе редких элементов или их меньшее количество, достаточная сырьевая база (для расширения сфер ассимиляции и доступности);
- Коэффициент термо-ЭДС: Желателен как можно более высокий коэффициент термо-ЭДС (для упрощения конструкции);
- Токсичность: Желательно отсутствие или малое содержание токсичных элементов (например: свинец, висмут, теллур, селен) или их инертное состояние (в составе сплавов);
- Рабочие температуры: Желателен как можно более широкий температурный диапазон для использования высокопотенциального тепла и, следовательно, увеличения преобразуемой тепловой мощности.
Пути развития и повышения КПД
- Эффективный термоэлектрический материал: КПД преобразования, термо-ЭДС, пластичность, тонкоплёночное исполнение.
- Эффективный и совместимый с теплообменником жидкометаллический теплоноситель.
- Расширение использования высококачественной керамики в конструкции ТЭГ.
- Унификация узлов, приспособленных для разных случаев применения.
- Предельное повышение энергоплотности ТЭГов до уровня автомобильных и авиационных двигателей и выше.
| Солнечная энергия без концентрации | 0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,92 | 0,96 |
| Солнечная энергия с концентрацией | 0,65 | 0,7 | 0,75 | 0,8 | 0,9 |
| Газовые горелки | 0,5 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,8 |
| Газовые топки | 0,75 | 0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,92 |
| Изотопы | 0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,95 | 1,00 |
| Атомные реакторы | 0,75 | 0,8 | 0,85 | 0,95 | 1,00 |
| Низкотемпературные термоэлектрические материалы | 0,06 | 0,08 | 0,1 | 0,12 | 0,5 |
| Среднетемпературные термоэлектрические материалы | 0,04 | 0,06 | 0,08 | 0,1 | 0,35 |
| Высокотемпературные термоэлектрические материалы | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,23 |
| Каскадные термоэлементы | 0,12 | 0,14 | 0,18 | 0,20 | 0,77 |
| Коммутация термоэлектрических батарей | 0,9 | 0,93 | 0,95 | 0,98 | 0,99 |
| Изоляция термоэлектрических батарей | 0,9 | 0,92 | 0,95 | 0,97 | 1,00 |
| Тепловой контакт | 0,9 | 0,93 | 0,95 | 0,97 | 0,99 |
| Теплоноситель | 0,9 | 0,92 | 0,93 | 0,94 | 0,98 |
| Охлаждающее оребрение наземное | 0,55 | 0,6 | |||
| Охлаждающее оребрение космическое | 0,8 | 0,85 | |||
| Солнечный космический термоэлектрогенератор без концентратора | 0,016 | 0,025 | 0,035 | 0,045 | 0,16 |
| Солнечный космический термоэлектрогенератор с концентратором | 0,017 | 0,029 | 0,043 | 0,061 | 0,25 |
| Солнечный наземный термоэлектрогенератор с концентратором | 0,029 | 0,044 | 0,088 | 0,145 | 0,59 |
| Газовый термоэлектрогенератор с оребрением | 0,013 | 0,023 | 0,030 | 0,043 | 0,20 |
| Газовый термоэлектрогенератор с теплоносителем | 0,02 | 0,035 | 0,073 | 0,175 | 0,57 |
| Радиоизотопный термоэлектрогенератор с оребрением | 0,021 | 0,032 | 0,049 | 0,12 | 0,36 |
| Радиоизотопный термоэлектрогенератор с теплоносителем | 0,032 | 0,075 | 0,129 | 0,24 | 0,71 |
| Реакторный космический термоэлектрогенератор | 0,016 | 0,023 | 0,044 | 0,113 | 0,36 |
| Реакторный наземный термоэлектрогенератор | 0,03 | 0,047 | 0,121 | 0,24 | 0,71 |
| Термоэлектрогенератор типа парового котла | 0,226 | 0,66 |
- Примечание: Коэффициент Карно = 1 соответствует 100 %.
Из таблицы заметен существенный рост КПД, связанный прежде всего с тщательным совершенствованием технологий изготовления материалов, рациональным исполнением конструкций, развитием материаловедения в области термоэлектричества.
Области применения термоэлектрогенераторов
| Этот раздел не завершён.Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. |
Радиоизотопные термоэлектрогенераторы применяются в качестве бортовых источников электропитания космических аппаратов, предназначенных для исследования удаленных от Солнца регионов Солнечной системы.
В частности, такие генераторы, использующие тепло плутониевых тепловыделяющих элементов установлены на космических аппаратах «Кассини» и «Новые горизонты».
В прошлом подобные устройства применялись и на Земле в навигационных маяках, радиомаяках, метеостанциях и подобном оборудовании, установленном в местности, где по техническим или экономическим причинам нет возможности воспользоваться другими источниками электропитания.
В последние годы термоэлектрические генераторы получили применение в автомобильной технике для рекуперации тепловой энергии, например для утилизации тепла элементов выхлопной системы.
Литература
- МГД-генераторы и термоэлектрическая энергетика. Киев. «Наукова думка».1983.г.
- Поздняков Б. С, Коптелов Е. А. Термоэлектрическая энергетика. М.: Атомиздат, 1974 г., 264 с.
- Термогенератор керосиновый // Краткая энциклопедия домашнего хозяйства. — М.: Советская энциклопедия, 1959.
Для улучшения этой статьи желательно:
Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником. |
Примечания
- ↑ Термоэлектричество, эффект Пельтье, эффект Зеебека (недоступная ссылка)
- ↑ Peltier. [[1]
Ученые разработали термоэлектрогенератор нового поколения
время публикации: 11 августа 2014 г., 19:02 | последнее обновление: 11 августа 2014 г., 19:12
Сотрудники Массачусетского технологического института создали термоэлектрический генератор, способный преобразовывать тепловую электроэнергию, вырабатываемую различными механизмами, в электрическую. Подробности о разработке приводит журнал «Популярная механика».
Главный создатель генератора Ганг Чень совместно с коллегами из MIT около 10 лет назад основал компанию GMZ Energy, целью которой было создание устройства, способного преобразовать тепло в электричество. «Все признают большой потенциал использования отходов тепла, но это всегда было слишком сложной задачей, чтобы думать об этом всерьез», — отметил Чень.
Термоэлектрический генератор GMZ Energy создает электроэнергию, когда тепло поступает в верхнюю часть модуля, а затем проходит через полупроводниковый материал к более холодной стороне. В результате движение электронов в полупроводнике под этой разностью температур создает напряжение.
Генератор, представленный компанией может выдерживать нагрев до температуры примерно 600 °C на его горячей стороне (верхняя поверхность) при поддержании температуры от 100 °C на его холодной стороне (нижняя поверхность).
При такой разнице температур модуль размером в 4 квадратных сантиметра может производить 7,2 Вт энергии. Если разместить подобный генератор возле выхлопной трубы автомобиля, то нагрузка на штатный генератор машины существенно снизится.
Уменьшится также потребление топлива и объем вредных выбросов.
Как сообщается на сайте MIT, в июне более крупный генератор, разработанный компанией смог произвести 200 Вт энергии в рамках проекта Министерства энергетики США. Оснащение подобными генераторами БМП, используемых военными, позволит значительно сэкономить на топливе для бронированных машин.
За годы работы компании Чень нашел инвесторов, которые вложили в его разработку 25 миллионов долларов. После долгих экспериментов участникам проекта удалось создать эффективные образцы генераторов. При этом сложнее всего было подобрать наиболее подходящий материал.
В итоге, в качестве постоянного материала для коммерческого производства термоэлектрических генераторов, компания остановилась на так называемых полу-Гейслерах — сплавах с сильной кристаллической структурой, которая обеспечивает большую стабильность при высоких температурах. Однако компания планирует использовать и другие материалы: теллурид висмута, свинца, кремния германия и т.д.
Стоит отметить, что идея термоэлектрогенератора не является оригинальной, однако многочисленные разработки в этой области до сих пор не отличались высокой эффективностью из-за того, что ученым не удавалось подобрать материал, который бы мог поддерживать разницу температур. Таким образом, разработка Ченя и его коллег может вновь поднять интерес к превращению тепла в электроэнергию и найти широкое практическое применение.